线程安全(ThreadSafety)

2022-03-29 09:35:14 浏览数 (2)

这节讲一下线程安全的例子,以及如何解决线程安全问题。

上节提到了线程安全的问题,说了一个例子,1000个人抢100张票,这节就从此案例着手,下面先看一下代码实现:

代码语言:javascript复制
private static int tickets = 100;
static void Main(string[] args)
{
    Thread thread = BuyTicket();
    Thread thread2 = BuyTicket();
    Thread thread3 = BuyTicket();
    thread.Name = "Thread1";
    thread2.Name = "Thread2";
    thread3.Name = "Thread3";
    thread.Start();
    thread2.Start();
    thread3.Start();
    Thread.Sleep(5000);
}
private static Thread BuyTicket()
{
    Thread thread = new Thread(() =>
      {
          while (tickets > 0)
          {
                Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name}---------------->买了一张票,票号为:{tickets}");
                tickets--;
          }
      });
    thread.IsBackground = true;
    return thread;
}

现有三个线程,同时访问共享资源tickets ,我们先来看一下运行结果:

100卖出了三次,这就是很明显的线程安全问题,也就是说,他们都同时进入到了while块中,同时拿到了tickets为100的值,所以我们解决线程安全问题,就要从此处下手,让线程访问共享数据的时候,同一时刻只能有一个线程去访问。

lock锁

解决线程安全的方法就是加锁(同步锁,互斥锁),现在将代码改一下,使其线程安全:

代码语言:javascript复制
private static object o = new object();
private static int tickets = 100;
static void Main(string[] args)
{
    Thread thread = BuyTicket();
    Thread thread2 = BuyTicket();
    Thread thread3 = BuyTicket();
    thread.Name = "Thread1";
    thread2.Name = "Thread2";
    thread3.Name = "Thread3";
    thread.Start();
    thread2.Start();
    thread3.Start();
    Thread.Sleep(5000);
}
private static Thread BuyTicket()
{
    Thread thread = new Thread(() =>
      {
          while (true)
          {
              lock (o)
              {
                  if (tickets > 0)
                  {
                      Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name}---------------->买了一张票,票号为:{tickets}");
                      tickets--;
                  }
              }
          }
      });
    thread.IsBackground = true;
    return thread;
}

while块中,我加上了一个lock块,它需要一个Object类型的参数作为同步对象,被lock块包住的代码,在同一时间只能有一个线程访问,看一下运行结果(方便查看,我将数量改为了30):

可以看到,线程安全问题已经解决。我们再来看一下同步对象:

代码语言:javascript复制
 lock (object obj){}

lock块,它需要一个object类型的参数作为同步对象,也就是说,线程走到这里,会先看看这个同步对象是不是被占用着,如未被占用,则进入,否则线程阻塞,直到同步对象被解除占用,注意,多个线程,要使用一个同步对象,不然,一个线程访问一个单独的同步对象,那跟没加锁一样,另外,根据多态性,这个同步对象可以是任意对象,因为object是所有类的父类,但是string类型不可用,这点要注意。

Monitor锁

monitor锁的用法跟lock差不多,请看如下代码:

代码语言:javascript复制
while (true)
{
    Monitor.Enter(o);
    if (tickets > 0)
    {
        Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name}---------------->买了一张票,票号为:{tickets}");
        tickets--;
    }
    Monitor.Exit(o);
}

monitor将代码块改为了enter和exit两个方法,也是需要同步对象。

Mutex互斥锁

互斥锁是一个互斥的同步对象,同一时间有且仅有一个线程可以获取它。跟monitor一样,也是通过两个方法控制的,具体用法请看下面的代码:

代码语言:javascript复制
private static Mutex mutex = new Mutex();
private static Thread BuyTicket3()
{
    Thread thread = new Thread(() =>
      {
          while (true)
          {
              mutex.WaitOne();//等待
              if (tickets > 0)
              {
                  Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name}---------------->买了一张票,票号为:{tickets}");
                  tickets--;
              }
              mutex.ReleaseMutex();//解除
          }
      });
    thread.IsBackground = true;
    return thread;
}

死锁

如果滥用线程锁,容易出现死锁的问题,什么是死锁呢?比如有两个线程T1,T2,它们共用两个同步锁L1,L2,T1先走L1,T2先走L2,T1下一步走L2,T2下一步走l1,这样这两个线程各种握着对方的下一步锁,一直阻塞最后谁也走不了。或者使用像monitor这样的锁,突然出现异常,Exit方法来不及执行,也会死锁,其它的线程也会一直阻塞。下面来演示一下:

代码语言:javascript复制
 private static Thread BuyTicket2()
{
    Thread thread = new Thread(() =>
      {
          try
          {
              while (true)
              {
                  Monitor.Enter(o);
                  throw new Exception("THREAD DEAD!");
                  if (tickets > 0)
                  {
                      Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name}---------------->买了一张票,票号为:{tickets}");
                      tickets--;
                  }
                  Monitor.Exit(o);
              }
          }
          catch{}          
      });
    thread.IsBackground = true;
    return thread;
}

运行结果如下:

因为一开始线程就直接死锁,其它的线程无法继续执行,会一直阻塞。

本节到此结束...

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