细说.NET中的多线程 (五 使用信号量进行同步)

上一节主要介绍了使用锁进行同步，本节主要介绍使用信号量进行同步

使用EventWaitHandle信号量进行同步

EventWaitHandle主要用于实现信号灯机制。信号灯主要用于通知等待的线程。主要有两种实现：AutoResetEvent和ManualResetEvent。

AutoResetEvent

AutoResetEvent从字面上理解是一个自动重置的时间。举个例子，假设有很多人等在门外，AutoResetEvent更像一个十字旋转门，每一次只允许一个人进入，进入之后门仍然是关闭状态。

下面的例子演示了使用方式：

using System;
using System.Threading;
class BasicWaitHandle
{
static EventWaitHandle _waitHandle = new AutoResetEvent(false);

static void Main()
{
for (int i = 0; i < 3; i++)
new Thread(Waiter).Start();

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
Thread.Sleep(1000);                  // Pause for a second...
Console.WriteLine("通知下一个线程进入");
_waitHandle.Set();                    // Wake up the Waiter.
}
Console.ReadLine();
}

static void Waiter()
{
var threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
Console.WriteLine("线程 {0} 正在等待", threadId);
_waitHandle.WaitOne();                // 等待通知
Console.WriteLine("线程 {0} 得到通知，可以进入", threadId);
}
}

　　

双向信号灯

某些情况下，如果你连续的多次使用Set方法通知工作线程，这个时候工作线程可能还没有准备好接收信号，这样的话后面的几次Set通知可能会没有效果。这种情况下，你需要让主线程得到工作线程接收信息的通知再开始发送信息。你可能需要通过两个信号灯实现这个功能。

示例代码：

using System;
using System.Threading;
class TwoWaySignaling
{
static EventWaitHandle _ready = new AutoResetEvent(false);
static EventWaitHandle _go = new AutoResetEvent(false);
static readonly object _locker = new object();
static string _message;

static void Main()
{
new Thread(Work).Start();

_ready.WaitOne();                  // 在工作线程准备接收信息之前需要一直等待
lock (_locker) _message = "床前明月光";
_go.Set();                         // 通知工作线程开始工作

_ready.WaitOne();
lock (_locker) _message = "疑是地上霜";
_go.Set();
_ready.WaitOne();
lock (_locker) _message = "结束";    // 告诉工作线程退出
_go.Set();

Console.ReadLine();
}

static void Work()
{
while (true)
{
_ready.Set();                          // 表示当前线程已经准备接收信号
_go.WaitOne();                         // 工作线程等待通知
lock (_locker)
{
if (_message == "结束") return;        // 优雅的退出~-~
Console.WriteLine(_message);
}
}
}
}

生产消费队列

生产消费队列是多线程编程里常见的的需求，他的主要思路是：

一个队列用来存放工作线程需要用到的数据

当新的任务加入队列的时候，调用线程不需要等待工作结束

1个或多个工作线程在后台获取队列中数据信息

示例代码：

using System;
using System.Threading;
using System.Collections.Generic;

class ProducerConsumerQueue : IDisposable
{
EventWaitHandle _wh = new AutoResetEvent (false);
Thread _worker;
readonly object _locker = new object();
Queue<string> _tasks = new Queue<string>();

public ProducerConsumerQueue()
{
_worker = new Thread (Work);
_worker.Start();
}

public void EnqueueTask (string task)
{
lock (_locker) _tasks.Enqueue (task);
_wh.Set();
}

public void Dispose()
{
EnqueueTask (null);     // Signal the consumer to exit.
_worker.Join();         // Wait for the consumer's thread to finish.
_wh.Close();            // Release any OS resources.
}

void Work()
{
while (true)
{
string task = null;
lock (_locker)
if (_tasks.Count > 0)
{
task = _tasks.Dequeue();
if (task == null) return;
}
if (task != null)
{
Console.WriteLine ("Performing task: " + task);
Thread.Sleep (1000);  // simulate work...
}
else
_wh.WaitOne();         // No more tasks - wait for a signal
}
}
}

为了保证线程安全，我们使用lock来保护Queue<string>集合。我们也显示的关闭了WaitHandle。

在.NET 4.0中，一个新的类BlockingCollection实现了类似生产者消费者队列的功能。

ManualResetEvent

ManualResetEvent从字面上看是一个需要手动关闭的事件。举个例子：假设有很多人等在门外，它像是一个普通的门，门开启之后，所有等在门外的人都可以进来，当你关闭门之后，不再允许外面的人进来。

示例代码：

using System;
using System.Threading;
class BasicWaitHandle
{
static EventWaitHandle _waitHandle = new ManualResetEvent(false);

static void Main()
{
for (int i = 0; i < 3; i++)
new Thread(Waiter).Start();

Thread.Sleep(1000);                  // Pause for a second...
Console.WriteLine("门已打开，线程进入");
_waitHandle.Set();                    // Wake up the Waiter.

new Thread(Waiter).Start();

Thread.Sleep(2000);

_waitHandle.Reset();
Console.WriteLine("门已关闭，线程阻塞");

new Thread(Waiter).Start();

Console.ReadLine();
}

static void Waiter()
{
var threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
Console.WriteLine("线程 {0} 正在等待", threadId);
_waitHandle.WaitOne();                // 等待通知
Console.WriteLine("线程 {0} 得到通知，可以进入", threadId);
}
}

ManualResetEvent可以在当前线程唤醒所有等待的线程，这一应用非常重要。

CountdownEvent

CountdownEvent的使用和ManualEvent正好相反，是多个线程共同唤醒一个线程。

示例代码：

using System;
using System.Threading;
class CountDownTest
{
static CountdownEvent _countdown = new CountdownEvent(3);

static void Main()
{
new Thread(SaySomething).Start("I am thread 1");
new Thread(SaySomething).Start("I am thread 2");
new Thread(SaySomething).Start("I am thread 3");

_countdown.Wait();   // 当前线程被阻塞，直到收到 _countdown发送的三次信号
Console.WriteLine("All threads have finished speaking!");

Console.ReadLine();
}

static void SaySomething(object thing)
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine(thing);
_countdown.Signal();
}
}

创建跨进程的EventWaitHandle

EventWaitHandle的构造方法允许创建一个命名的EventWaitHandle，来实现跨进程的信号量操作。名字只是一个简单的字符串，只要保证不会跟其它进程的锁冲突即可。

示例代码：

EventWaitHandle wh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset, "MyCompany.MyApp.SomeName");

　　

如果两个进程运行这段代码，信号量会作用于两个进程内所有的线程。