.NET 中多线程间资源共享与访问

翻译

vinodramakrishnan著Managing shared resource access in .NET multi-threading

简介

本文详细地描述一个定制的.NET类ThreadLockHelper（该类能在多线程环境下有效地共享资源），同时提供了.NET下多线程中资源共享及同步技术的概述。

文中给出的helper类，将会帮助并简化.NET框架下，高级程序员们对多线程的使用。本文也讲述如何在多线程之间同步资源的访问。

本文将引导你：
使用.NET线程threading模型在访问共享资源时，设计一个更好的加锁机制。设计并实现复杂多线程的解决方案。
我们假设你比较属性.NET开发组件，和基本的线程机制。

内容

概述在多线程中访问共享资源。
设计和实现ThreadLockHelper类。
使用ThreadLockHelper类的示例程序。

总结

在多线程中访问共享资源概述

使用多线程技术，可以使一个.NET程序同时执行多个任务。多线程允许你同时开启多个线程，分别执行不同任务；还能够提高程序的性能和响应时间。

因为多线程能够同时访问资源，所以最好在多线程间进行同步。当一个程序运行在多线程环境下的时候，它需要确保当一个线程挂起的时候，不应该还占用着对象（资源）。线程安全的基本含义是：当多线程同时访问时，对象的成员总是管理着一个有效状态，确保它们不会冲突。

.NET提供了不同的同步机制，以管理多线程的线程安全。

lock

lock是一个关键字，它通过给一个对象加锁，执行语句，解锁，把一段语句标志为临界区。

 

示例代码

lock(obj) { // code to be locked will go here }

Monitor

Monitor：Monitor类是用来同步实例中的方法或静态的方法。这个方法要依赖于一个object，也就是说，它不是在如int或string之类的值上加锁。该临界区通过调用Monitor.Enter()建立，并通过Monitor.Exit()释放。

示例代码：

try
 
{
    Monitor.Enter(obj);
{ 
    // code to be locked will go here

}
finally
{
    Monitor.Exit(obj);
}

Mutex

当位于进程之内或之间的线程需要访问操作系统的资源的时候，需要一个控制机制来限制资源访问的冲突。 System.Threading.Mutex是一个继承于WaitHandle的类，它必须实现一个信号量机制表明排他地占用或释放资源。同一时间，只能有一个线程占用Mutex。在访问资源之前，每个线程都通过发信号，以获得Mutex的控制权。此后，线程还必须等待资源的控制权。当线程完成操作时，通过ReleaseMutex()发出完成信号（ lock和Monitor对于unmanaged 资源是不起作用的）。

示例代码：

Mutex objMutex = new
 Mutex(false
, "ThreadLock"
 );
objMutex.WaitOne();
// code to be locked will go here

objMutex.ReleaseMutex();

 

ThreadLockHelper类的设计和实现

ThreadLockHelper类

ThreadLockHelper class is a singleton implementation and only one instance will be taking care of locking threads for a process to be executed.

ThreadLockHelper类需要的命名空间

using
 System;
using
 System.Threading;

/// <summary>

/// 一个静态的用于对managed/unmanaged资源进行加锁的类

/// </summary>

public
 class
 ThreadLockHelper 
{
    static
 ThreadLockHelper mInstance = null;
    Mutex mMutex = null; 
    
    private
 ThreadLockHelper ()
    {
    }
    
    public
 static
 ThreadLockHelper GetInstance()
    {
      if
( mInstance == null )
      {
        mInstance = new
 ThreadLockHelper (); 
        mInstance.mMutex = new
 Mutex(false
, "ThreadLock"
 );
      }
      return
( mInstance );
    }
    
    
    public
 bool
 CreateLock()
    {
      if
 ( mMutex == null )
      {
        mMutex = new
 Mutex(false
, "ThreadLock"
); 
      }
      return
( mMutex.WaitOne() );
    }
    
    public
 void
 ReleaseLock()
    {
        mMutex.ReleaseMutex();
    } 
}

调用示例程序
在进程执行前创建一个ThreadLockHelper锁，在执行后，释放。

public
 class
 Activity
{
    public
 void
 InvokeTask()
    {
        Task objTask = new
 Task(); 
        ThreadLockHelper.GetInstance().CreateLock();
        objTask.DoTask();
        ThreadLockHelper.GetInstance().ReleaseLock();
    }
}

上面的程序中，objTask.DoTask()操作用于访问一个共享的资源（例如：调用一个web服务完成某些功能）

如果你在不同的线程中调用了上面的InvokeTask()方法，示例如下：

Activity objActivity = null;
Thread thdInvokeTask ;
for
(int
 i=1; i < 100 ; i++)
{
    objActivity = new
 Activity(); 
    thdInvokeTask = new
 Thread(new
 ThreadStart(objClsThread.InvokeTask));
    thdInvokeTask.Start(); 
}

在上面的场景中，如果你不采用加锁机制，应用程序就会因线程退出异常（thread abort exception）失败。

你可以在objTask.DoTask()方法中加入Web服务调用，来测试上面的场景。

总结

本文给你一些有效的线程同步管理方法。还提出如何实现一个有效管理共享资源的定制类（ThreadLockHelper）。

程序中的同步锁不应该使用太多，否则可能会影响性能。在需要加的地方加锁才是正确的。

关于原文作者vinodramakrishnan

(MCSD) working as an Architect in a leading software organization having more than 8 years core IT experience in Microsoft Technologies.
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