线程同步介绍及生产者消费者问题举例C#版

现在有五个工人在果园摘水果，一次只能摘一个，摘下的水果放入一个框中，这种框最多只能装50个橘子，一共有两个这样的框。当一个工人装框时，其他工人不能在使用这个框。当两个框都装满了，工人只有等框里有剩余位置后，才能在摘果子。然后，有四个小孩来框里拿橘子，一次最多拿一个，并且当一个小孩在框前拿橘子时，其他小孩只能到另一个框拿橘子，如果两个框前都有小孩拿橘子，那么剩余要拿橘子的小孩只能等待。（这个题目是我自己编的，可能不是很准确）

现在要设计一个程序模拟这样一个过程。

 

分析：框是互斥资源，每次放橘子前 得判断有没有空闲得框，有就占住加锁，然后里面执行放橘子得方法。放完之后再解锁。框可以用队列表示。

工人和小孩可以用Task模拟。

 

这里需要两种锁，一种是放橘子得时候得一把Monitor锁，一种是当没有空闲得框后，加的AutoResetEvent锁。

当使用两把锁得时候，需要特别小心，稍不注意都会引发死锁。

 

Monitor锁再使用得时候，得用引用变量作为加锁得对象，不要用字符串和值变量。虽然再用值变量时，编译器不会报错，但是运行时，Enter会装箱，把值变量变为引用变量，但是再Exit时，依然是个值变量，这样Enter和Exit的锁变量就不是同一个变量，造成找不到锁的情况，就会抛出异常。

 

另外使用Monitor枷锁时，应该使用 try{}finally{}语句块，保证总是会被解锁，否则遇到异常，不执行解锁语句，就死锁了。

其实lock语句块就是Monitor的简便方法，内部使用的还是Monitor。

 

对于AutoResetEvent而言，可以暂停和唤醒线程，再不同线程可以相互唤醒和阻塞。这样就非常的灵活。其实推荐使用ManualResetEvent，因为比起AutoResetEvent,可以唤起多个线程，如果说小孩一次拿多个橘子，这种方式就比AutoResetEvent有优势，因AutoResetEvent只唤醒一个线程。

 

线程的同步还有其他方法，比如再数值上同步 有InterLock，其他的如信号量（Sema'phore）同步，CountDownEvent。

同步的应用，还可以是用进程间同步的方法，实现在一台主机上，每次只能启动一个相同的应用程序，这时可以使用Mutex。

 

避免资源在线程同步中互斥，还可以用 线程本地存储技术，ThreadLocal,例子：

详见：《C#本质论》第三版，第19章

下面直接看代码：

 internal class Program    {        //最多容纳50个橘子每个框       static  readonly int MAX = 50;        //两个框        static List<ConcurrentQueue<Orange>> Queues =             new List<ConcurrentQueue<Orange>>();        //记录空闲的框        static List<int> QidxBags = new List<int>();        static int MaxO = 1000;     //最多摘1000个橘子        static readonly object Sync = new object();        static readonly object Sync2 = new object();        //比起AutoResetEvent,可以唤起多个线程，如果说小孩一次拿多个橘子，而不是一个，        //这种方式比AutoResetEvent有优势，因为AutoResetEvent只唤醒一个线程。        static ManualResetEvent MResetEvent = new ManualResetEvent(false);        static void Main(string[] args)        {            Queues.Add(new ConcurrentQueue<Orange>());            Queues.Add(new ConcurrentQueue<Orange>());                       for (int i = 0; i < Queues.Count; i++)            {                QidxBags.Add(i);            }            TaskProduceAndComsummer();            Console.ReadKey();        }        static int GetQueuesIdx()        {            int idx = -1;            int count = QidxBags.Count;            if (count > 0)            {                return count;            }            return idx;        }        static bool IsEmpty()        {            foreach (var item in Queues)            {                if (item.Count >0)                {                    return false;                }            }            return true;        }        static bool IsFull()        {            foreach (var item in Queues)            {                if (item.Count < MAX)                {                    return false;                }            }            return true;        }        static void TaskProduceAndComsummer()        {            for (int i = 0; i < 5; i++)            {                string name = "工人_" + (i + 1);                Task t = new Task(Produce, (object)(name));                                t.Start();            }            for (int i = 0; i < 3; i++)            {                string name = "小孩_" + (i + 1);                Task t = new Task(Consumer, (object)(name));                t.Start();            }        }        static void Produce(object name)        {            while (true&&MaxO>0)            {                int count = -1;                int iPos = -1;                lock (Sync2)                {                    count = GetQueuesIdx();                }                if (count > 0&&!IsFull())                {                    bool refTaken = false;                    Monitor.Enter(Sync, ref refTaken);                    bool isPut = false;                    try                    {                                               for (int i = 0; i < count; i++)                        {                            iPos = QidxBags[i];                            var q = Queues[iPos];                            if (q.Count < MAX)                            {                                QidxBags.Remove(iPos);                                q.Enqueue(Orange.GetOrange());                                MaxO -= 1;                                Console.WriteLine(name + ":+摘了一个橘子,放入框【" + iPos + "】中");                                Console.WriteLine("框一数量：{0}，框二数量{1}", Queues[0].Count, Queues[1].Count);                                isPut = true;                                //唤醒小孩线程                                MResetEvent.Set();                                break;                            }                        }                    }                    finally                    {                        if (refTaken)                        {                            if (iPos > -1)                            {                                QidxBags.Add(iPos);                            }                            Monitor.Exit(Sync);                            if (!isPut)                            {                                Console.WriteLine("满了");                            }                                                   }                    }                }                else                {                    MResetEvent.WaitOne();                }                                    }        }        static void Consumer(object name)        {            while (true)            {                int count = GetQueuesIdx();                int iPos = -1;                if (count > 0&&!IsEmpty())                {                    bool refTaken = false;                    bool isPut = false;                    Monitor.Enter(Sync, ref refTaken);                    try                    {                        for (int i = 0; i < count; i++)                        {                            iPos = QidxBags[i];                            var q = Queues[iPos];                            if (q.Count >0)                            {                                QidxBags.Remove(iPos);                                Orange o = null;                                q.TryDequeue(out o);                                Console.WriteLine(name + ":+拿了一个橘子,从框【" + iPos + "】中");                                Console.WriteLine("框一数量：{0}，框二数量{1}", Queues[0].Count, Queues[1].Count);                                isPut = true;                                //框有容量了，可以放了，所以唤醒被阻塞得工人线程                                MResetEvent.Set();                                break;                            }                        }                    }                    finally                    {                        if (refTaken)                        {                            if (iPos > -1)                            {                                QidxBags.Add(iPos);                            }                            Monitor.Exit(Sync);                            if (!isPut)                            {                                Console.WriteLine("都空了");                                                          }                                                    }                    }                }                else                {                    MResetEvent.WaitOne();//阻塞                }            }        }    }    public class Orange    {        public static Orange GetOrange()        {            Random rand = new Random();            int t = rand.Next(10, 20);            Thread.Sleep(t);            return new Orange();        }    }

部分结果：