2023-07-01
并发编程
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请注意,本文编写于 324 天前,最后修改于 324 天前,其中某些信息可能已经过时。

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引言
WaitHandle介绍
SignalAndWait()
WaitAll()
WaitAny()
WaitOne()
派生类的异同

引言

上文编码技巧 --- 同步锁对象的选定中,提到了在C#中,让线程同步有两种方式:

  • 锁(lock、Monitor等)
  • 信号量(EventWaitHandle、Semaphore、Mutex)

加锁是最常用的线程同步的方法,就不再讨论,本篇主要讨论使用信号量同步线程。

WaitHandle介绍

实际上,再C#中 EventWaitHandleSemaphoreMutex 都是抽象类 WaitHandle 的派生类,它提供了一组等待信号的方法和属性。如下图:

image.png

主要包含静态方法 SignalAndWait()WaitAll()WaitAny()及一个虚方法WaitOne()。下面介绍一个这几个方法。

介绍这些方法之前,先简单介绍一下 WaitHandle 的派生类 EventWaitHandle,该派生类有两个实现类 AutoResetEventManualResetEvent,其方法列表如下: image.png

重点说一下,Set()Reset():

  • Set()方法设置事件为有信号状态:当调用 Set() 时,它将被设置为终止状态,并允许一个或多个等待该事件的线程继续执行。
  • Reset()方法设置事件为无信号状态:当调用 Reset() 时,它将被设置为非终止状态,所有想要等待该事件的线程都将被阻塞,直到调用 Set() 方法使其变为终止状态。

注意:这里的有信号,无信号的意思类似于红绿灯,有信号你才能够通行,对于线程来说,有信号意味着可以接着往下运行,无信号则阻塞等待信号。

接下来的代码段演示皆使用 AutoResetEvent 进行演示。

SignalAndWait()

当调用 WaitHandle 的静态方法 SignalAndWait() 时,会使得当前线程等待一个 WaitHandle 对象的信号,同时设置另一个 WaitHandle 对象为有信号状态。当第一个 WaitHandle 对象收到信号时,当前线程继续执行,同时第二个 WaitHandle 对象变为无信号状态。

csharp
static AutoResetEvent event1 = new AutoResetEvent(false); static AutoResetEvent event2 = new AutoResetEvent(false); static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(Worker1)); Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(Worker2)); t1.Start(); t2.Start(); Console.ReadLine(); } static void Worker1() { Console.WriteLine("线程1开始执行……"); event1.WaitOne(); // 等待事件1的发生 Console.WriteLine("线程1收到事件1的信号,继续执行……"); WaitHandle.SignalAndWait(event1, event2); // 发送事件2的信号并等待事件2的发生 Console.WriteLine("线程1收到事件2的信号,继续执行……"); } static void Worker2() { Console.WriteLine("线程2开始执行……"); Thread.Sleep(2000); // 模拟线程2的执行时间 Console.WriteLine("线程2发出事件1的信号……"); event1.Set(); // 发送事件1的信号 Thread.Sleep(2000); // 模拟线程2的执行时间 Console.WriteLine("线程2发出事件2的信号……"); WaitHandle.SignalAndWait(event2, event1); // 发送事件1的信号并等待事件1的发生 Console.WriteLine("线程2收到事件1的信号,继续执行……"); }

输出:

csharp
线程1开始执行…… 线程2开始执行…… 线程2发出事件1的信号…… 线程1收到事件1的信号,继续执行…… 线程2发出事件2的信号…… 线程2收到事件1的信号,继续执行…… 线程1收到事件2的信号,继续执行……

WaitAll()

当调用 WaitHandle 的静态方法 WaitAll() 时,它可以等待多个WaitHandle对象的信号,直到所有对象都收到信号或等待超时。

csharp
static AutoResetEvent[] events = new AutoResetEvent[3] { new AutoResetEvent(false), new AutoResetEvent(false), new AutoResetEvent(false) }; static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(Worker1)); Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(Worker2)); t1.Start(); t2.Start(); Console.ReadLine(); } static void Worker1() { Console.WriteLine("线程1开始执行……"); WaitHandle.WaitAll(events); // 等待所有事件的发生 Console.WriteLine("线程1收到所有事件的信号,继续执行……"); } static void Worker2() { Console.WriteLine("线程2开始执行……"); Thread.Sleep(2000); // 模拟线程2的执行时间 Console.WriteLine("线程2发出事件1的信号……"); events[0].Set(); // 发送事件1的信号 Thread.Sleep(2000); // 模拟线程2的执行时间 Console.WriteLine("线程2发出事件2的信号……"); events[1].Set(); // 发送事件2的信号 Thread.Sleep(2000); // 模拟线程2的执行时间 Console.WriteLine("线程2发出事件3的信号……"); events[2].Set(); // 发送事件3的信号 }

输出:

csharp
线程1开始执行…… 线程2开始执行…… 线程2发出事件1的信号…… 线程2发出事件2的信号…… 线程2发出事件3的信号…… 线程1收到所有事件的信号,继续执行……

WaitAny()

当调用 WaitHandle 的静态方法 WaitAny() 时,它可以等待多个WaitHandle对象中的任意一个对象收到信号,直到有一个对象收到信号或等待超时。

csharp
static AutoResetEvent[] events = new AutoResetEvent[3] { new AutoResetEvent(false), new AutoResetEvent(false), new AutoResetEvent(false) }; static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(Worker1)); Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(Worker2)); t1.Start(); t2.Start(); Console.ReadLine(); } static void Worker1() { Console.WriteLine("线程1开始执行……"); WaitHandle.WaitAny(events); // 等待任意事件的发生 Console.WriteLine("线程1收到任意事件的信号,继续执行……"); } static void Worker2() { Console.WriteLine("线程2开始执行……"); var randomIndex = new Random().Next(0, 2); Console.WriteLine("线程2发出任意一个事件的信号……"); events[randomIndex].Set(); //发送任意一个事件的信号 }

输出:

csharp
线程1开始执行…… 线程2开始执行…… 线程2发出任意一个事件的信号…… 线程1收到任意事件的信号,继续执行……

WaitOne()

WaitOne()方法上文中其实已经用到了,它就表示阻塞当前线程,等待当前 WaitHandle 对象收到信号,直到对象收到信号或等待超时。如果WaitHandle对象收到信号,WaitOne()方法返回true,否则返回false。使用简单就不在贴代码段。

派生类的异同

上面已经提到了EventWaitHandleSemaphoreMutex 都是抽象类 WaitHandle 的派生类,它们的作用类似,但在使用和实现上有一些不同。下面我们来简单介绍下它们的异同点。

  1. EventWaitHandle:

    EventWaitHandle 有两种类型:AutoResetEventManualResetEvent。它们的区别在于AutoResetEvent 在有信号时只通知一个等待线程,而 ManualResetEvent 在有信号时通知所有等待线程。 两者设置为终止状态的方式都是调用 Set() 方法。

  2. Semaphore

    Semaphore 可以用于多个线程之间的资源控制。Semaphore 可以控制同时访问共享资源的线程数量。设置为终止状态的方式是调用 Release() 方法。

  3. Mutex

    Mutex 可以用于多个线程之间的互斥访问共享资源。Mutex 可以保证同一时间只有一个线程可以访问共享资源。设置为终止状态的方式是调用 ReleaseMutex() 方法。

本文作者:Peter.Pan

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