C#多线程的同步与通信

C#中使用lock和Monitor控制多线程对资源的使用，最常见的生产者和消费者问题就是多线程同步和通信的经典例子。这篇文章通过例子来了解C#多线程的同步与通信。

一、关于lock和Monitor

lock可以把一段代码定义为互斥段（critical section），互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行，而其它线程必须等待。格式定义如下：

lock(expression) statement_block

expression代表要跟踪的对象，通常是引用。一般地，如果想保护一个类的实例，使用this；如果保护一个静态变量（如互斥代码段在一个静态方法内部），使用类名就可以了。而statement_block就是互斥段的代码。

Monitor用于多线程公用一个对象时使线程共享资源的方案。Monitor必须和一个具体的对象相关联。

二、生产者和消费者问题

假设两个线程同时维护一个队列，如果一个线程对队列中更新元素，而另外一个线程从队列中获取元素，那么我们称更新元素的线程为生产者，称获取元素的线程为消费者。

1、被操作对象

/// <summary>;
/// 被操作对象
/// </summary>;
public class Counter
{
//更新和读取的数字
private int numberOfCounter;
//读操作可执行标记，可以防止死锁的发生
private bool readFlag = false;

public void Read()
{
//锁定后，其它读操作等待这一次读操作完成
lock (this)
{
//第一次之行为flase，进入等待
if (!readFlag)
{
try
{
//进入等待读，另一个线程写
Monitor.Wait(this);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex);
}
}

Console.WriteLine("消费（获取）: {0}", numberOfCounter);

//重置，消费已经完成
readFlag = false;
Monitor.Pulse(this);
}
}

public void Write(int number)
{
//锁定后，其它写操作等待这一次写操作完成
lock (this)
{
//第一次readFlag为flase,跳过执行下边的写
//如果当前正在读，等待读操作执行Monitor.Pulse
if (readFlag)
{
try
{
Monitor.Wait(this);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex);
}
}
numberOfCounter = number;
Console.WriteLine("生产（更新）: {0}", numberOfCounter);

//重置，生产已经完成
readFlag = true;

//同步通过等待Pulse来完成
Monitor.Pulse(this);
}
}
}

2、生产者和消费者

/// <summary>;
/// 生产者
/// </summary>
public class CounterWrite
{
Counter counter;
//生产者生产次数
int quantity = 1;

public CounterWrite(Counter box, int request)
{
//构造函数
counter = box;
quantity = request;
}

//生产者向操作对象更新信息
public void Write()
{
for (int i = 1; i <= quantity; i++)
counter.Write(i);
}
}

/// <summary>
/// 消费者
/// </summary>
public class CounterRead
{
Counter counter;
//生产者生产次数
int quantity = 1;

public CounterRead(Counter box, int request)
{
//构造函数
counter = box;
quantity = request;
}

//消费者从操作对象中获取信息
public void Read()
{
for (int i = 1; i <= quantity; i++)
counter.Read();
}
}

3、线程操作

Counter counter = new Counter();

CounterRead read = new CounterRead(counter, 10);
CounterWrite write = new CounterWrite(counter, 10);

Thread th1 = new Thread(new ThreadStart(read.Read));
Thread th2 = new Thread(new ThreadStart(write.Write));

th1.Start();
th2.Start();

th1.Join();
th2.Join();

Console.ReadLine();

通过lock锁定Counter对象的引用，初始readFlag为false控制线程1等待读取：Monitor.Wait(this)，线程2写入，然后更改readFlag，然后执行：Monitor.Pulse(this)，通知等待队列中的线程请求对象状态已发生改变，线程1锁定this，执行读操作，然后更改readFlag，线程1和线程2交互执行写读的操作。

同时因为readFlag的存在和交替更新，避免了死锁情况的发生。