C#多线程编程实例实战

答案：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)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。 

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.Ge

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