C#.NET多线程编程教学——线程同步

概述

C#语言中的多线程编程可以提升程序的运行效率，但同时也会引发一些线程安全的问题。线程同步机制可以解决这些问题。本文将详细讲解C#.NET多线程编程中的线程同步机制。

线程同步的概念

多个线程同时访问共享资源时，可能引发数据错乱和意外的结果，这被称为线程安全问题。线程同步是指通过各种手段，使得多个线程的访问共享资源不会冲突，以保证程序的正确性和线程安全。

线程同步的方式

C#语言中提供了多种线程同步机制，如：
1. lock
2. Monitor
3. Mutex
4. Semaphore
5. ManualResetEvent
6. AutoResetEvent
7. CountdownEvent
8. Barrier

其中，lock、Monitor和Mutex都是针对互斥同步的机制，Semaphore则是针对信号量同步的机制，ManualResetEvent和AutoResetEvent用于线程的信号同步，CountdownEvent和Barrier是高级同步机制。

下面我们以lock和Semaphore为例，讲解C#.NET多线程编程中的线程同步机制。

lock的使用示例

lock是C#语言提供的一个用于互斥同步的机制，可以使用lock语句锁定代码块，以保证多个线程在同一时刻不会执行这个代码块。

下面是lock的使用示例：

class Program
{
    static int count = 0;
    static readonly object objLock = new object();

    static void Main(string[] args)
    {
        Thread t1 = new Thread(IncrementCount);
        Thread t2 = new Thread(IncrementCount);

        t1.Start();
        t2.Start();

        t1.Join();
        t2.Join();

        // 输出最终结果
        Console.WriteLine(count); // 输出结果应为 2000000
    }

    static void IncrementCount()
    {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        {
            lock (objLock)
            {
                count++;
            }
        }
    }
}

这个示例程序中，我们创建了两个线程t1和t2，它们都会执行IncrementCount方法，这个方法里使用了lock语句锁定了count的增量操作，从而保证了多个线程之间不会同时修改count的值，从而避免了数据错乱的问题。

Semaphore的使用示例

Semaphore是C#语言提供的一个用于信号量同步的机制，即多个线程之间可以通过信号量来互相通知，实现同步的机制。

下面是Semaphore的使用示例：

class Program
{
    static SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(initialCount: 1, maxCount: 1);

    static void Main(string[] args)
    {
        Thread t1 = new Thread(DoWork);
        Thread t2 = new Thread(DoWork);

        t1.Start();
        t2.Start();

        t1.Join();
        t2.Join();

        Console.ReadLine();
    }

    static void DoWork()
    {
        semaphore.Wait(); // 等待信号量可用
        Console.WriteLine($"线程 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 开始工作");
        Thread.Sleep(1000); // 模拟工作时间
        Console.WriteLine($"线程 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 工作完成");
        semaphore.Release(); // 释放信号量
    }
}

这个示例程序中，我们创建了两个线程t1和t2，它们都会执行同一个方法DoWork。这个方法中，我们使用了Semaphore来同步这两个线程之间的工作，每个线程需要等待信号量可用，才能开始工作，在工作完成后释放信号量，以便另一个线程能够获得信号量并开始工作。从而保证了线程之间的同步。