C#多线程编程实例实战.doc

C#多线程编程实例实战 C#多线程编程实例实战2008-12-15问题的提出所谓单个写入程序/多个阅读程序的线程同步问题，是指任意数量的线程访问共享资源时，写入程序（线程）需要修改共享资源，而阅读程序（线程）需要读取数据。在这个同步问题中，很容易得到下面二个要求： 1） 当一个线程正在写入数据时，其他线程不能写，也不能读。 2） 当一个线程正在读入数据时，其他线程不能写，但能够读。在数据库应用程序环境中经常遇到这样的问题。比如说，有n个最终用户，他们都要同时访问同一个数据库。其中有m个用户要将数据存入数据库，n-m个用户要读取数据库中的记录。 很显然，在这个环境中，我们不能让两个或两个以上的用户同时更新同一条记录，如果两个或两个以上的用户都试图同时修改同一记录，那么该记录中的信息就会被破坏。 我们也不让一个用户更新数据库记录的同时，让另一用户读取记录的内容。因为读取的记录很有可能同时包含了更新和没有更新的信息，也就是说这条记录是无效的记录。实现分析 规定任一线程要对资源进行写或读操作前必须申请锁。根据操作的不同，分为阅读锁和写入锁，操作完成之后应释放相应的锁。将单个写入程序/多个阅读程序的要求改变一下，可以得到如下的形式： 一个线程申请阅读锁的成功条件是：当前没有活动的写入线程。 一个线程申请写入锁的成功条件是：当前没有任何活动（对锁而言）的线程。因此，为了标志是否有活动的线程，以及是写入还是阅读线程，引入一个变量m_nActive，如果m_nActive 0，则表示当前活动阅读线程的数目，如果m_nActive=0，则表示没有任何活动线程，m_nActive 0，表示当前有写入线程在活动，注意m_nActive0，时只能取-1的值，因为只允许有一个写入线程活动。 为了判断当前活动线程拥有的锁的类型，我们采用了线程局部存储技术（请参阅其它参考书籍），将线程与特殊标志位关联起来。 申请阅读锁的函数原型为：public void AcquireReaderLock( int millisecondsTimeout )，其中的参数为线程等待调度的时间。函数定义如下： public void AcquireReaderLock( int millisecondsTimeout ) / m_mutext很快可以得到，以便进入临界区 m_mutex.WaitOne( ); / 是否有写入线程存在 bool bExistingWriter = ( m_nActive 0 ); if( bExistingWriter ) /等待阅读线程数目加1,当有锁释放时，根据此数目来调度线程 m_nWaitingReaders+; else /当前活动线程加1 m_nActive+; m_mutex.ReleaseMutex(); /存储锁标志为Reader System.LocalDataStoreSlot slot = Thread.GetNamedDataSlot(m_strThreadSlotName); object obj = Thread.GetData( slot ); LockFlags flag = LockFlags.None; if( obj != null ) flag = (LockFlags)obj ; if( flag = LockFlags.None ) Thread.SetData( slot, LockFlags.Reader ); else Thread.SetData( slot, (LockFlags)(int)flag | (int)LockFlags.Reader ) ); if( bExistingWriter ) /等待指定的时间 this.m_aeReaders.WaitOne( millisecondsTimeout, true ); 它首先进入临界区（用以在多线程环境下保证活动线程数目的操作的正确性）判断当前活动线程的数目，如果有写线程(m_nActive=0)，则可以让读线程继续运行。 申请写入锁的函数原型为：public void AcquireWriterLock( int millisecondsTimeout )，其中的参数为等待调度的时间。函数定义如下： public void AcquireWriterLock( int millisecondsTimeout ) / m_mutext很快可以得到，以便进入临界区 m_mutex.WaitOne( ); / 是否有活动线程存在 bool bNoActive = m_nActive = 0; if( !bNoActive ) m_nWaitingWriters+; else m_nActive-; m_mutex.ReleaseMutex(); /存储线程锁标志 System.LocalDataStoreSlot slot = Thread.GetNamedDataSlot( myReaderWriterLockDataSlot ); object obj = Thread.GetData( slot ); LockFlags flag = LockFlags.None; if( obj != null ) flag = (LockFlags)Thread.GetData( slot ); if( flag = LockFlags.None ) Thread.SetData( slot, LockFlags.Writer ); else Thread.SetData( slot, (LockFlags)(int)flag | (int)LockFlags.Writer ) ); /如果有活动线程，等待指定的时间 if( !bNoActive ) this.m_aeWriters.WaitOne( millisecondsTimeout, true ); 它首先进入临界区判断当前活动线程的数目，如果当前有活动线程存在，不管是写线程还是读线程（m_nActive），线程将等待指定的时间并且等待的写入线程数目加1，否则线程拥有写的权限。 释放阅读锁的函数原型为：public void ReleaseReaderLock()。函数定义如下： public void ReleaseReaderLock() System.LocalDataStoreSlot slot = Thread.GetNamedDataSlot(m_strThreadSlotName ); LockFlags flag = (LockFlags)Thread.GetData( slot ); if( flag = LockFlags.None ) return; bool bReader = true; switch( flag ) case LockFlags.None: break; case LockFlags.Writer: bReader = false; break; if( !bReader ) return; Thread.SetData( slot, LockFlags.None ); m_mutex.WaitOne(); AutoResetEvent autoresetevent = null; this.m_nActive -; if( this.m_nActive = 0 ) if( this.m_nWaitingReaders 0 ) m_nActive + ; m_nWaitingReaders -; autoresetevent = this.m_aeReaders; else if( this.m_nWaitingWriters 0) m_nWaitingWriters-; m_nActive -; autoresetevent = this.m_aeWriters ; m_mutex.ReleaseMutex(); if( autoresetevent != null ) autoresetevent.Set(); 释放阅读锁时，首先判断当前线程是否拥有阅读锁（通过线程局部存储的标志），然后判断是否有等待的阅读线程，如果有，先将当前活动线程加1，等待阅读线程数目减1，然后置事件为有信号。如果没有等待的阅读线程，判断是否有等待的写入线程，如果有则活动线程数目减1，等待的写入线程数目减1。释放写入锁与释放阅读锁的过程基本一致，可以参看源代码。 注意在程序中，释放锁时，只会唤醒一个阅读程序，这是因为使用AutoResetEvent的原历，读者可自行将其改成ManualResetEvent，同时唤醒多个阅读程序，此时应令m_nActive等于整个等待的阅读线程数目。 测试 测试程序取自.Net FrameSDK中的一个例子，只是稍做修改。测试程序如下， using System; using System.Threading; using MyThreading; class Resource myReaderWriterLock rwl = new myReaderWriterLock(); public void Read(Int32 threadNum) rwl.AcquireReaderLock(Timeout.Infinite); try Console.WriteLine(Start Resource reading (Thread=0), threadNum); Thread.Sleep(250); Console.WriteLine(Stop Resource reading (Thread=0), threadNum); finally rwl.ReleaseReaderLock(); public void Write(Int32 threadNum) rwl.AcquireWriterLock(Timeout.Infinite); try Console.WriteLine(Start Resource writing (Thread=0), threadNum); Thread.Sleep(750); Console.WriteLine(Stop Resource writing (Thread=0), threadNum); finally rwl.ReleaseWriterLock(); class App static Int32 numAsyncOps = 20; static AutoResetEvent asyncOpsAreDone = new AutoResetEvent(false); static Resource res = new Resource(); public static void Main() for (Int32 threadNum = 0; threadNum 20; threadNum+) ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(UpdateResource), threadNum); asyncOpsAreDone.WaitOne(); Console.WriteLine(All operations have completed.); Console.ReadLine(); / The callback methods signature MUST match that of a System.Threading.TimerCallback / delegate (it takes an