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C#多线程编程实例实战

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C#多线程编程实例实战
  单个写入程序/多个阅读程序在.Net类库中其实已经提供了实现,即System.Threading.ReaderWriterLock类。本文通过对常见的单个写入/多个阅读程序的分析来探索c#的多线程编程。 
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_nActive<0,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

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)存在,则等待指定的时间并且等待的阅读线程数目加1。如果当前活动线程是读线程(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 method's signature MUST match that of a System.Threading.TimerCallback 

// delegate (it takes an Object parameter and returns void) 

static void UpdateResource(Object state) { 

Int32 threadNum = (Int32) state; 

if ((threadNum % 2) != 0) res.Read(threadNum); 

else res.Write(threadNum); 

if (Interlocked.Decrement(ref numAsyncOps) == 0) 

asyncOpsAreDone.Set(); 


}

   从测试结果中可以看出,可以满足单个写入程序\多个阅读程序的实现要求。




本文转自 qianshao 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/qianshao/203183,如需转载请自行联系原作者

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