C#多线程编程实例实战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1 m_nActive++;} m_mutex.ReleaseMutex();// 存储锁标志为ReaderSystem.LocalDataStoreSlot slotThread.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 slotThread.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 slotThread.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 FrameSDI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 {threadNum);Thread.Sleep(750);Console.WriteLine("Stop Resource writing}finally { rwl.ReleaseWriterLock();Console.WriteLine("Start Resourcereading (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 Resourcewriting (Thread={0})", (Thread={0})", threadNum);}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();}// 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要多个阅读程序的实现求。