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五、互斥对象——更加灵活的同步方式

有时候你会觉得上面介绍的方法好像不够用,对,我们解决了代码和资源的同步问题,解决了多线程自动化管理和定时触发的问题,但是如何控制多个线程相互之间的联系呢?例如我要到餐厅吃饭,在吃饭之前我先得等待厨师把饭菜做好,之后我开始吃饭,吃完我还得付款,付款方式可以是现金,也可以是信用卡,付款之后我才能离开。分析一下这个过程,我吃饭可以看作是主线程,厨师做饭又是一个线程,服务员用信用卡收款和收现金可以看作另外两个线程,大家可以很清楚地看到其中的关系——我吃饭必须等待厨师做饭,然后等待两个收款线程之中任意一个的完成,然后我吃饭这个线程可以执行离开这个步骤,于是我吃饭才算结束了。事实上,现实中有着比这更复杂的联系,我们怎样才能很好地控制它们而不产生冲突和重复呢?

这种情况下,我们需要用到互斥对象,即system.threading命名空间中的mutex类。大家一定坐过出租车吧,事实上我们可以把mutex看作一个出租车,那么乘客就是线程了,乘客首先得等车,然后上车,最后下车,当一个乘客在车上时,其他乘客就只有等他下车以后才可以上车。而线程与mutex对象的关系也正是如此,线程使用mutex.waitone()方法等待mutex对象被释放,如果它等待的mutex对象被释放了,它就自动拥有这个对象,直到它调用mutex.releasemutex()方法释放这个对象,而在此期间,其他想要获取这个mutex对象的线程都只有等待。

下面这个例子使用了mutex对象来同步四个线程,主线程等待四个线程的结束,而这四个线程的运行又是与两个mutex对象相关联的。其中还用到autoresetevent类的对象,如同上面提到的manualresetevent对象一样,大家可以把它简单地理解为一个信号灯,使用autoresetevent.set()方法可以设置它为有信号状态,而使用autoresetevent.reset()方法把它设置为无信号状态。这里用它的有信号状态来表示一个线程的结束。

// mutex.cs
using system;
using system.threading;

public class mutexsample
{
  static mutex gm1;
  static mutex gm2;
  const int iters = 100;
  static autoresetevent event1 = new autoresetevent(false);
  static autoresetevent event2 = new autoresetevent(false);
  static autoresetevent event3 = new autoresetevent(false);
  static autoresetevent event4 = new autoresetevent(false);

  public static void main(string[] args)
  {
  console.writeline("mutex sample …");
  //创建一个mutex对象,并且命名为mymutex
  gm1 = new mutex(true,"mymutex");
  //创建一个未命名的mutex 对象.
  gm2 = new mutex(true);
  console.writeline(" – main owns gm1 and gm2");

  autoresetevent[] evs = new autoresetevent[4];
  evs[0] = event1; file://为后面的线程t1,t2,t3,t4定义autoresetevent对象
  evs[1] = event2;
  evs[2] = event3;
  evs[3] = event4;

  mutexsample tm = new mutexsample( );
  thread t1 = new thread(new threadstart(tm.t1start));
  thread t2 = new thread(new threadstart(tm.t2start));
  thread t3 = new thread(new threadstart(tm.t3start));
  thread t4 = new thread(new threadstart(tm.t4start));
  t1.start( );// 使用mutex.waitall()方法等待一个mutex数组中的对象全部被释放
  t2.start( );// 使用mutex.waitone()方法等待gm1的释放
  t3.start( );// 使用mutex.waitany()方法等待一个mutex数组中任意一个对象被释放
  t4.start( );// 使用mutex.waitone()方法等待gm2的释放

  thread.sleep(2000);
  console.writeline(" – main releases gm1");
  gm1.releasemutex( ); file://线程t2,t3结束条件满足

  thread.sleep(1000);
  console.writeline(" – main releases gm2");
  gm2.releasemutex( ); file://线程t1,t4结束条件满足

  //等待所有四个线程结束
  waithandle.waitall(evs);
  console.writeline("… mutex sample");
  console.readline();
  }

  public void t1start( )
  {
  console.writeline("t1start started, mutex.waitall(mutex[])");
  mutex[] gms = new mutex[2];
  gms[0] = gm1;//创建一个mutex数组作为mutex.waitall()方法的参数
  gms[1] = gm2;
  mutex.waitall(gms);//等待gm1和gm2都被释放
  thread.sleep(2000);
  console.writeline("t1start finished, mutex.waitall(mutex[]) satisfied");
  event1.set( ); file://线程结束,将event1设置为有信号状态
  }

  public void t2start( )
  {
  console.writeline("t2start started, gm1.waitone( )");
  gm1.waitone( );//等待gm1的释放
  console.writeline("t2start finished, gm1.waitone( ) satisfied");
  event2.set( );//线程结束,将event2设置为有信号状态
  }

  public void t3start( )
  {
  console.writeline("t3start started, mutex.waitany(mutex[])");
  mutex[] gms = new mutex[2];
  gms[0] = gm1;//创建一个mutex数组作为mutex.waitany()方法的参数
  gms[1] = gm2;
  mutex.waitany(gms);//等待数组中任意一个mutex对象被释放
  console.writeline("t3start finished, mutex.waitany(mutex[])");
  event3.set( );//线程结束,将event3设置为有信号状态
  }

  public void t4start( )
  {
  console.writeline("t4start started, gm2.waitone( )");
  gm2.waitone( );//等待gm2被释放
  console.writeline("t4start finished, gm2.waitone( )");
  event4.set( );//线程结束,将event4设置为有信号状态
  }
}

下面是该程序的执行结果:

从执行结果可以很清楚地看到,线程t2,t3的运行是以gm1的释放为条件的,而t4在gm2释放后开始执行,t1则在gm1和gm2都被释放了之后才执行。main()函数最后,使用waithandle等待所有的autoresetevent对象的信号,这些对象的信号代表相应线程的结束。

  六、小结

多线程程序设计是一个庞大的主题,而本文试图在.net framework环境下,使用最新的c#语言来描述多线程程序的概貌。希望本文能有助于大家理解线程这种概念,理解多线程的用途,理解它的c#实现方法,理解线程将为我们带来的好处和麻烦。c#是一种新的语言,因此它的线程机制也有许多独特的地方,希望大家能通过本文清楚地看到这些,从而可以对线程进行更深入的理解和探索。

点击这里下载本文的全部源代码。 

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