系列文章導航：

C#多線程學習(一) 多線程的相關概念

C#多線程學習(二) 如何操縱一個線程

C#多線程學習(三) 生產者和消費者

C#多線程學習(四) 多線程的自動管理(線程池)

C#多線程學習(五) 多線程的自動管理(定時器)

C#多線程學習(六) 互斥對象

前面說過，每個線程都有自己的資源，但是代碼區是共享的，即每個線程都可以執行相同的函數。這可能帶來的問題就是幾個線程同時執行一個函數，導致數據的混亂，產生不可預料的結果，因此我們必須避免這種情況的發生。

C#提供了一個關鍵字lock，它可以把一段代碼定義為互斥段（critical section），互斥段在一個時刻內只允許一個線程進入執行，而其他線程必須等待。在C#中，關鍵字lock定義如下：

lock(expression) statement_block

expression代表你希望跟蹤的對象，通常是對象引用。

• 如果你想保護一個類的實例，一般地，你可以使用this；
• 如果你想保護一個靜態變量（如互斥代碼段在一個靜態方法內部），一般使用類名就可以了。

而statement_block就是互斥段的代碼，這段代碼在一個時刻內只可能被一個線程執行。

下面是一個使用lock關鍵字的典型例子，在注釋里說明了lock關鍵字的用法和用途。

示例如下：

Code
using System;
using System.Threading;

namespace ThreadSimple
{
    internal class Account 
    {
        int balance;
        Random r = new Random();
        
        internal Account(int initial) 
        {
            balance = initial;
        } 
        internal int Withdraw(int amount) 
        {
            if (balance < 0)
            {
                //如果balance小于0則拋出異常
                throw new Exception("Negative Balance");
            }
            //下面的代碼保證在當前線程修改balance的值完成之前
            //不會有其他線程也執行這段代碼來修改balance的值
            //因此，balance的值是不可能小于0 的
            lock (this)
            {
                Console.WriteLine("Current Thread:"+Thread.CurrentThread.Name);
                //如果沒有lock關鍵字的保護，那么可能在執行完if的條件判斷之后
                //另外一個線程卻執行了balance=balance-amount修改了balance的值
                //而這個修改對這個線程是不可見的，所以可能導致這時if的條件已經不成立了
                //但是，這個線程卻繼續執行balance=balance-amount，所以導致balance可能小于0
                if (balance >= amount) 
                {
                    Thread.Sleep(5);
                    balance = balance - amount;
                    return amount;
                } 
                else 
                {
                    return 0; // transaction rejected
                  }
            }
        }
        internal void DoTransactions() 
        {
            for (int i = 0; i < 100; i++) 
            Withdraw(r.Next(-50, 100));
        }
    } 
    internal class Test 
    {
        static internal Thread[] threads = new Thread[10];
        public static void Main() 
        {
            Account acc = new Account (0);
            for (int i = 0; i < 10; i++) 
            {
                Thread t = new Thread(new ThreadStart(acc.DoTransactions));
                threads[i] = t;
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) 
                threads[i].Name=i.ToString();
            for (int i = 0; i < 10; i++) 
                threads[i].Start();
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

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C#多線程學習(六) 互斥對象

對于任何一個被Monitor鎖定的對象，內存中都保存著與它相關的一些信息:

其一是現在持有鎖的線程的引用;

其二是一個預備隊列，隊列中保存了已經準備好獲取鎖的線程;

其三是一個等待隊列，隊列中保存著當前正在等待這個對象狀態改變的隊列的引用。

當擁有對象鎖的線程準備釋放鎖時，它使用Monitor.Pulse()方法通知等待隊列中的第一個線程，于是該線程被轉移到預備隊列中，當對象鎖被釋放時，在預備隊列中的線程可以立即獲得對象鎖。

下面是一個展示如何使用lock關鍵字和Monitor類來實現線程的同步和通訊的例子，也是一個典型的生產者與消費者問題。

這個例程中，生產者線程和消費者線程是交替進行的，生產者寫入一個數，消費者立即讀取并且顯示（注釋中介紹了該程序的精要所在）。

用到的系統命名空間如下：

using System;

using System.Threading;

首先，定義一個被操作的對象的類Cell，在這個類里，有兩個方法：ReadFromCell()和WriteToCell。消費者線程將調用ReadFromCell()讀取cellContents的內容并且顯示出來，生產者進程將調用WriteToCell()方法向cellContents寫入數據。

示例如下：

Code
public class Cell
{
        int cellContents; // Cell對象里邊的內容
        bool readerFlag = false; // 狀態標志，為true時可以讀取，為false則正在寫入
        public int ReadFromCell( )
        {
            lock(this) // Lock關鍵字保證了什么，請大家看前面對lock的介紹
            {
                if (!readerFlag)//如果現在不可讀取
                { 
                    try
                    {
                        //等待WriteToCell方法中調用Monitor.Pulse()方法
                        Monitor.Wait(this);
                    }
                    catch (SynchronizationLockException e)
                    {
                        Console.WriteLine(e);
                    }
                    catch (ThreadInterruptedException e)
                    {
                        Console.WriteLine(e);
                    }
                }
                Console.WriteLine("Consume: {0}",cellContents);
                readerFlag = false;
                //重置readerFlag標志，表示消費行為已經完成
                Monitor.Pulse(this); 
                //通知WriteToCell()方法（該方法在另外一個線程中執行，等待中）
            }
            return cellContents;
        }
    
        public void WriteToCell(int n)
        {
            lock(this)
            {
                if (readerFlag)
                {
                    try
                    {
                        Monitor.Wait(this);
                    }
                    catch (SynchronizationLockException e)
                    {
                            //當同步方法（指Monitor類除Enter之外的方法）在非同步的代碼區被調用
                        Console.WriteLine(e);
                    }
                    catch (ThreadInterruptedException e)
                    {
                            //當線程在等待狀態的時候中止 
                        Console.WriteLine(e);
                    }
                }
                cellContents = n;
                Console.WriteLine("Produce: {0}",cellContents);
                readerFlag = true; 
                Monitor.Pulse(this); 
                //通知另外一個線程中正在等待的ReadFromCell()方法
            }
        }
}
下面定義生產者類 CellProd 和消費者類 CellCons ，它們都只有一個方法ThreadRun()，以便在Main()函數中提供給線程的ThreadStart代理對象，作為線程的入口。
public class CellProd
{
　　    Cell cell; // 被操作的Cell對象
　　    int quantity = 1; // 生產者生產次數，初始化為1 

　　    public CellProd(Cell box, int request)
　　    {
        //構造函數
        cell = box; 
        quantity = request; 
　　    }
　　    public void ThreadRun( )
　　    {
        for(int looper=1; looper<=quantity; looper++)
　　　　        cell.WriteToCell(looper); //生產者向操作對象寫入信息
　　    }
}

public class CellCons
{
　　    Cell cell; 
　　    int quantity = 1; 

　　    public CellCons(Cell box, int request)
　　    {
                //構造函數
        cell = box; 
        quantity = request; 
　　    }
　　    public void ThreadRun( )
　　    {
        int valReturned;
        for(int looper=1; looper<=quantity; looper++)
　　　　        valReturned=cell.ReadFromCell( );//消費者從操作對象中讀取信息
　　    }
} 

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