【C# & 多线程】多线程中的同步机制。如何安全的读写共享变量。

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【C# & 多线程】多线程中的同步机制。如何安全的读写共享变量。

2024-07-01 23:48| 来源: 网络整理| 查看: 265

多线程中的同步机制。如何安全的读写共享变量。概念实现方式演示案例不使用同步机制：互斥锁：读写锁测试应用问题（自加自减存在的风险）

概念

同步是确保并发任务之间正确交互的一种方式。在多线程环境中，如果没有适当的同步机制，线程之间的交互可能会变得混乱，导致数据不一致、竞态条件等问题。同步的主要目的是控制对共享资源的访问，确保线程之间的正确协作和顺序执行。

竞态条件发生在以下情况：

一个线程正在读取或修改一个静态变量。在第一个线程完成操作之前，另一个线程也尝试读取或修改同一个静态变量。由于线程调度的不确定性，第二个线程可能会先完成操作，导致第一个线程看到的数据不是最新的或预期的数据。实现方式互斥锁：互斥锁是一种用于保护共享资源的机制，它允许一个线程独占资源，直到它释放锁。其他尝试访问该资源的线程将被阻塞，直到锁被释放。在C#中提供了 lock() 语言关键字，实现简单的互斥锁。读写锁：读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入。这对于读操作远多于写操作的场景非常有用。在C#中提供了 ReaderWriterLockSlim 类，实现了读写锁的功能。其他操作同步方式。演示案例不使用同步机制： public class ThreadSafeIntProperty { public int MyProperty { get; set; } public void Increment() { MyProperty++; } } 互斥锁：

在这个例子中，MyProperty 的 set 访问器使用了 lock 语句来确保在修改 myProperty 字段时只有一个线程可以执行。这确保了即使在多线程环境中，MyProperty 的值也会被安全地更新。

public class ThreadSafeIntProperty { private readonly object lockObject = new object(); private int myProperty; public int MyProperty { // 读取操作通常不需要锁 get => myProperty; set { // 使用lock确保设置属性时的线程安全 lock (lockObject) { myProperty = value; } } } public void Increment() { lock(lockObject) { myProperty++; } } }

对于整数类型，还可以使用 Interlocked 类中的Exchange方法，来确保对整数类型的属性的线程安全访问，而无需显式地使用 lock 语句。Interlocked 类提供了一系列原子操作，这些操作可以确保在多线程环境中变量的正确同步。

using System.Threading; public class ThreadSafeIntProperty { private volatile int myProperty; public int MyProperty { get => myProperty; set => Interlocked.Exchange(ref myProperty, value); } public void Increment() { Interlocked.Increment(ref myProperty); } } 读写锁

ReaderWriterLockSlim 是一个更灵活且高性能的同步原语，它比简单的 lock 语句提供了更细粒度的控制。它允许多个读取者同时访问共享资源，而只允许一个写入者独占资源。这对于读操作远多于写操作的场景特别有用，因为它可以提高并发性能。

using System.Threading; public class ThreadSafeIntProperty { private int myProperty; private readonly ReaderWriterLockSlim rwLock = new ReaderWriterLockSlim(); public int MyProperty { get { rwLock.EnterReadLock(); // 进入读锁 try { // 读取操作 return myProperty; } finally { rwLock.ExitReadLock(); // 退出读锁 } } set { rwLock.EnterWriteLock(); // 进入写锁 try { // 写入操作 myProperty = value; // 正确的赋值 } finally { rwLock.ExitWriteLock(); // 退出写锁 } } } public void Increment() { rwLock.EnterUpgradeableReadLock(); try { myProperty++; } finally { rwLock.ExitUpgradeableReadLock(); } } } 测试应用

在这个例子中，我们创建了5个线程，每个线程都会尝试增加sharedCounter.MyProperty的值1000次。

如果使用同步机制，最终的值预期为5000（5个线程每个线程增加1000次）。如果没有使用同步机制，则最终的值预期小于5000。

通过此例子，可以验证同步机制在多线程中的作用是必要的。

class Program { static void Main() { ThreadSafeIntProperty sharedCounter = new ThreadSafeIntProperty(); const int numThreads = 5; const int iterations = 1000; Thread[] threads = new Thread[numThreads]; // 启动多个线程来增加共享计数器的值 for (int i = 0; i { for (int j = 0; j

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