C#中使用Monitor类、Lock和Mutex类来同步多线程的执行

最新推荐文章于 2019-10-19 08:37:14 发布

aladdinty

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文章标签：多线程 c# thread null string class

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/aladdinty/article/details/3853597

本文介绍了多线程环境中Monitor类、Lock和Mutex类的使用方法及其区别。通过具体实例展示了如何利用这些机制来保证数据的一致性和同步调用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

#中使用Monitor类、Lock和Mutex类来同步多线程的执行

在多线程中，为了使数据保持一致性必须要对数据或是访问数据的函数加锁，在数据库中这是很常见的，但是在程序中由于大部分都是单线程的程序，所以没有加锁的必要，但是在多线程中，为了保持数据的同步，一定要加锁，好在Framework中已经为我们提供了三个加锁的机制，分别是Monitor类、Lock关键字和Mutex类。

其中Lock关键词用法比较简单，Monitor类和Lock的用法差不多。这两个都是锁定数据或是锁定被调用的函数。而Mutex则多用于锁定多线程间的同步调用。简单的说，Monitor和Lock多用于锁定被调用端，而Mutex则多用锁定调用端。

例如下面程序：由于这种程序都是毫秒级的，所以运行下面的程序可能在不同的机器上有不同的结果，在同一台机器上不同时刻运行也有不同的结果，我的测试环境为vs2005, windowsXp , CPU3.0 , 1 G monery。

程序中有两个线程thread1、thread2和一个TestFunc函数，TestFunc会打印出调用它的线程名和调用的时间(mm级的)，两个线程分别以30mm和100mm来调用TestFunc这个函数。TestFunc执行的时间为50mm。程序如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading ;

namespace 多线程
{
    class Program
    {
        Thread thread1 = null;
        Thread thread2 = null; 
        Mutex mutex = null;

public static void Main()
        {
            //Monitor类的使用
            //lock语句其实后台解析为Monitor类的调用 
            //Enter方法一直等待获得锁定的对象
            //Exit方法是接触锁定
            //一次只能有一个线程成为对象锁定的拥有者，只要解除了锁定，就进入了同步代码段。
            //显示使用这个类的好处理，可以用try catch，如果出现异常，也可以保证正常的解除锁定
            Program p = new Program(); 
            p.RunThread();
            Console.ReadLine();
        }

public Program()
        { 
            mutex = new Mutex() ; 
            thread1 = new Thread( new ThreadStart( Thread1Func ) ) ; 
            thread2 = new Thread( new ThreadStart( Thread2Func ) ) ;
        }

public void RunThread() 
        { 
            thread1.Start() ; 
            thread2.Start() ; 
        }

private void Thread1Func() 
        {
            for (int count = 0; count < 10; count++)
            { 
                TestFunc("线程1 运行第 " + count.ToString() + " 次") ; 
                Thread.Sleep( 30 ) ;
            }
        }        
        
        private void Thread2Func() 
        {
            for (int count = 0; count < 10; count++)
            {
                TestFunc("   线程2 运行第 " + count.ToString() + " 次");
                Thread.Sleep( 100 ) ; 
            }
        }       
        
        private void TestFunc( string str) 
        {
            Console.WriteLine("{0} {1}", str,  System.DateTime.Now.Millisecond.ToString() ); 
            Thread.Sleep(50); 
        }
    }

}

运行结果如下：

可以看出如果不加锁的话，这两个线程基本上是按照各自的时间间隔+TestFunc的执行时间(50mm)对TestFunc函数进行读取。因为线程在开始时需要分配内存，所以第0次的调用不准确，从第1~9次的调用可以看出，thread1的执行间隔约是80mm，thread2的执行间隔约是150mm。

现在将TestFunc修改如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading ;

namespace 多线程
{
    class Program
    {
        Thread thread1 = null;
        Thread thread2 = null; 
        Mutex mutex = null;

public void RunThread() 
        { 
            thread1.Start() ; 
            thread2.Start() ; 
        }

private void Thread1Func() 
        {
            for (int count = 0; count < 10; count++)
            { 
                TestFunc("线程1 运行第 " + count.ToString() + " 次") ; 
                Thread.Sleep( 30 ) ;
            }
        }        
        
        private void Thread2Func() 
        {
            for (int count = 0; count < 10; count++)
            {
                TestFunc("   线程2 运行第 " + count.ToString() + " 次");
                Thread.Sleep( 100 ) ; 
            }
        }       
        
        private void TestFunc( string str) 
        {
            //lock( this )
            //{
            //    Console.WriteLine("{0} {1}", str,  System.DateTime.Now.Millisecond.ToString() ); 
            //    Thread.Sleep( 50); 
            //}
            
            //Monitor类写法
            //Monitor.Enter( this ) ;
            //Console.WriteLine("{0} {1}", str, System.DateTime.Now.Millisecond.ToString());
            //Thread.Sleep( 50);
            //Monitor.Exit( this ) ;

//Monitor有一好处，可以传送一个超时值
            //如果线程等待了500MM还是拿不到锁定的话，就不再等了。

if( Monitor.TryEnter( this , 500 ) )
            {
                Console.WriteLine("{0} {1}", str, System.DateTime.Now.Millisecond.ToString());
                Thread.Sleep(50);
                Monitor.Exit(this);
            }

}
    }

}

其中Enter和Exit都是Monitor中的静态方法。

运行Lock结果如下：

让我们分析一下结果，同样从第1次开始。相同线程间的调用时间间隔为线程执行时间+TestFunc调用时间，不同线程间的调用时间间隔为TestFunc调用时间。例如：连续两次调用thread1之间的时间间隔约为30+50=80;连续两次调用thread2之间的时间间隔约为100+50=150mm。调用thread1和thread2之间的时间间隔为50mm。因为TestFunc被lock住了，所以一个thread调用TestFunc后，当其它的线程也同时调用TestFunc时，后来的线程即进被排到等待队列中等待，直到拥有访问权的线程释放这个资源为止。

这就是锁定被调用函数的特性，即只能保证每次被一个线程调用，线程优先级高的调用的次数就多，低的就少，这就是所谓的强占式。

下面让我们看看Mutex类的使用方法，以及与Monitor和Lock的区别。

将代码修改如下：

private void thread1Func()

{

for (int count = 0; count < 10; count++)

{

mutex.WaitOne();

TestFunc("Thread1 have run " + count.ToString() + " times");

mutex.ReleaseMutex();

}

private void thread2Func()

{

for (int count = 0; count < 10; count++)

{

mutex.WaitOne();

TestFunc("Thread2 have run " + count.ToString() + " times");

mutex.ReleaseMutex();

}

private void TestFunc(string str)

{

Console.WriteLine("{0} {1}", str, System.DateTime.Now.Millisecond.ToString());

Thread.Sleep(50);

}

运行结果如下：

可以看出，Mutex只能互斥线程间的调用，但是不能互斥本线程的重复调用，即thread1中waitOne()只对thread2中的waitOne()起到互斥的作用，但是thread1并不受本wainOne()的影响，可以调用多次，只是在调用结束后调用相同次数的ReleaseMutex()就可以了。

那么如何使线程按照调用顺序来依次执行呢？其实把lock和Mutex结合起来使用就可以了，改代码如下：

private void thread1Func()

{

for (int count = 0; count < 10; count++)

{

lock (this)

{

mutex.WaitOne();

TestFunc("Thread1 have run " + count.ToString() + " times");

mutex.ReleaseMutex();

}

private void thread2Func()

{

for (int count = 0; count < 10; count++)

{

lock (this)

{

mutex.WaitOne();

TestFunc("Thread2 have run " + count.ToString() + " times");

mutex.ReleaseMutex();

}

一个monitor 的例子：

using System.Collections.Generic;
using System.Threading;

namespace OpenSim.Framework
{
    public class BlockingQueue<T>
    {
        private readonly Queue<T> m_pqueue = new Queue<T>();
        private readonly Queue<T> m_queue = new Queue<T>();
        private readonly object m_queueSync = new object();

        public void PriorityEnqueue(T value)
        {
            lock (m_queueSync)
            {
                m_pqueue.Enqueue(value);
                Monitor.Pulse(m_queueSync);
            }
        }

        public void Enqueue(T value)
        {
            lock (m_queueSync)
            {
                m_queue.Enqueue(value);
                Monitor.Pulse(m_queueSync);
            }
        }

        public T Dequeue()
        {
            lock (m_queueSync)
            {
                if (m_queue.Count < 1 && m_pqueue.Count < 1)
                {
                    Monitor.Wait(m_queueSync);
                }

                if (m_pqueue.Count > 0)
                    return m_pqueue.Dequeue();
                return m_queue.Dequeue();
            }
        }

        public T Dequeue(int msTimeout)
        {
            lock (m_queueSync)
            {
                if (m_queue.Count < 1 && m_pqueue.Count < 1)
                {
                    Monitor.Wait(m_queueSync, msTimeout);
                }

                if (m_pqueue.Count > 0)
                    return m_pqueue.Dequeue();
                if (m_queue.Count > 0)
                    return m_queue.Dequeue();
                return default(T);
            }
        }

        public bool Contains(T item)
        {
            lock (m_queueSync)
            {
                if (m_pqueue.Contains(item))
                    return true;
                return m_queue.Contains(item);
            }
        }

        public int Count()
        {
            lock (m_queueSync)
            {
                return m_queue.Count+m_pqueue.Count;
            }
        }

        public T[] GetQueueArray()
        {
            lock (m_queueSync)
            {
                return m_queue.ToArray();
            }
        }
    }
}