C 執行緒系列講座 4 同步與死鎖

2022-01-13 10:43:14 字數 3245 閱讀 1945

雖然執行緒可以在一定程度上提高程式執行的效率,但也會產生一些***。讓我們先看看如下的**:

class

increment

public

intresult

set}

public

void

inc()}}

class

program

for(

inti =0

; i 

<

threads.length; i++)

console.writeline(inc.result);  

//輸出n的值}}

上面的程式的基本功能是使用increment的inc方法為n遞增max,所不同的是,將在main方法中啟動30個執行緒同時執行inc方法。在本例中max的值是10000(通過increment的構造方法傳入)。讀者可以執行一下這個程式,正常的結果應該是300000,但通常不會得到這個結果,一般獲得的結果都比300000小。其中的原因就是inc方法中的n++上,雖然從表面上看,n++只是一條簡單的自增語言,但從底層分析,n++的il**如下:

ldsfld //

獲得n的初始值,並壓到方法棧中

ldc.i4.1 // 將1壓到方法棧中

add // 從方法棧中彈出最頂端的兩個值,相加,然後將結果儲存在方法棧中

stfld // 從當前方法棧中彈出乙個值,並更新類欄位n

對於上面每一條il語句是執行緒安全的,但是n++這條c#語句需要上面的四步才能完成,因此,n++這條語句並不是執行緒安全的。只要在執行stfld指令之前的任何一步由於其他執行緒獲得cpu而中斷,那麼就會出現所謂的「髒」資料。

假設n的初始值為0,

在thread1在執行完ldc.i4.1後被thread2中斷(add指令並未執行),這時thread2獲得的n的初始值仍然是0,假設thread2順利執行完,那麼這時n的值已經是1了,當thread2執行完後,thread1繼續執行add指令,並且thread1也順利執行完,這時,在thread1中的執行結果n仍然是1。因此,這也就出現了呼叫兩次n++,n仍然為1的情況。要解決這個問題的方法也很容易想到,就是讓上述四條il語句要不都不執行,要執行就都執行完,這有點事務處理的意思。

在c#中解決這個問題的技術叫同步。同步的本質就是為某乙個**塊加鎖,使其成為乙個整體,共同進退。最簡單的是使用lock為**塊加鎖。這個語句在前幾講已經多次使用過了。lock語句可以鎖定任何的物件,如果鎖定的是類成員,直接使用lock(obj)的形式即可,如果鎖定的是靜態成員,可以把鎖主在object型別上,**如下:

lock(typeof(staticclass))

... ...

對於increment

類,我們可以鎖定

n++,也可以鎖定

inc方法,如鎖定

n++的

increment

類的**如下:

class

increment

public

intresult

set}

private

void

incn()

}public

void

inc()

}}也可以直接將如下的**放到for迴圈中取代呼叫incn方法,

lock

(lockn)

或者直接將inc方法鎖住,**如下:

public

void

inc()}}

但筆者並不建議直接將inc鎖住,因為這樣就和單執行緒沒什麼區別了,雖然可以避免出現讀髒資料的情況,但卻犧牲的效率。

從本例分析得知,產生問題的原因就是因為n++不是原子操作。而在.net framework中提供了乙個interlocked類,可以使n++變成原子操作。interlocked有一些方法,可以保證對變數的操作是原子的,如increment方法保證n++的操作是原子的,decrement方法保證n--的操作是原子的,exchange方法保證為變數賦值的操作是原子的。因此,可以使用increment方法來替換n++,**如下:

public

void

inc()

}任何事物都具有兩面性,同步技術也不例外,在某些情況下,可以由於兩個執行緒互相鎖定某些物件而造成死鎖(就是兩個執行緒互相等待對方釋放物件)。這就象有兩個學生晚上在複習功課,他們都希望學習能超過對方,而且他們都很累了,但是誰也不肯先休息,是都在盯著對方屋裡的燈,期望著對方休息後。自己才休息。但卻誰也不肯先關燈,所以他們就只有這樣耗到天亮了。當然,解決這個問題的方法有兩個,第乙個就是其中乙個學生或兩個學生根本就不關心對方是否先睡覺,自己學累了就直接關燈了。當然,另外乙個方法就有點暴力了,就是到點就直接斷電,那誰也別學了(這也相當於執行緒中斷,不過不到萬不得以時最好別用這招)。

讓我們先舉乙個執行緒死鎖的例子,**如下:

class

program

}console.writeline(

"locka");

}public

static

void

lockb()

}console.writeline(

"lockb");

}public

static

void

main()

}在上面的**中,locka方法會在當前執行緒中執行完lock(obja)後延遲1秒,而lockb方法會在執行完lock(objb)後延遲2秒,一般locka會先執行lock(objb),但這時objb已經被lockb鎖住了,而且lockb還在延遲(2秒還沒到)。在這時,locka已經將obja和objb都鎖上了,當lockb執行到lock(obja)時,由於obja已經被鎖上,因此,lockb就被阻塞了。而locka在執行到lock(objb)時,由於這時locka還在延遲,因此,objb也被鎖住了。locka和lockb也就相當於上述的兩個學生,互相等待對方關燈,但誰也不肯先關燈,所以就死鎖了。如果採用第一種方法非常簡單,就是保持被鎖定的多個物件的順序,如將lockb方法的鎖定順序換一下,**如下:

public

static

void

lockb()

}console.writeline(

"lockb");

}或是將locka方法也改一下,先鎖objb,再鎖obja。

當然,也可以採用暴力一點的方法,當發現一些執行緒長時間沒反應時,可以使用

abort

方法強行中斷它們。**如下:

public

static

void

main()

在後面的文章中將講解c#中其他的同步技術。

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雖然執行緒可以在一定程度上提高程式執行的效率,但也會產生一些 讓我們先看看如下的 class increment public intresult set public void inc class program for inti 0 i threads.length i console.writ...