C# 4.0: полное руководство - Герберт Шилдт

  public int SumIt(int[] nums) {

    sum =0; // установить исходное значение суммы

    for(int i=0; i < nums.Length; i++) {

      sum += nums[i];

      Console.WriteLine("Текущая сумма для потока " +

            Thread.CurrentThread.Name + " равна " + sum);

      Thread.Sleep(10); // разрешить переключение задач

    }

    return sum;

  }

}

class MyThread {

  public Thread Thrd;

  int[] a;

  int answer;

  /* Создать один объект типа SumArray для всех экземпляров класса MyThread. */

  static SumArray sa = new SumArray();

  // Сконструировать новый поток,

  public MyThread(string name, int[] nums) {

    a = nums;

    Thrd = new Thread(this.Run);

    Thrd.Name = name;

    Thrd.Start(); // начать поток

  }

  // Начать выполнение нового потока,

  void Run() {

    Console.WriteLine(Thrd.Name + " начат.");

    // Заблокировать вызовы метода SumIt().

    lock(sa) answer = sa.SumIt(a);

    Console.WriteLine("Сумма для потока " + Thrd.Name +

            " равна " + answer);

    Console.WriteLine(Thrd.Name + " завершен.");

  }

}

class Sync {

  static void Main() {

    int[] a = {1, 2, 3, 4, 5};

    MyThread mt1 = new MyThread("Потомок #1", a);

    MyThread mt2 = new MyThread("Потомок #2", a);

    mt1.Thrd.Join();

    mt2.Thrd.Join();

  }

}

В данной программе блокируется вызов метода sa.Sum It(), а не сам метод SumIt(). Ниже приведена соответствующая строка кода, в которой осуществляется подобная блокировка.

// Заблокировать вызовы метода SumIt().

lock(sa) answer = sa.SumIt(a);

Объект sa является закрытым, и поэтому он может быть благополучно заблокирован. При таком подходе к синхронизации потоков данная программа дает такой же правильный результат, как и при первоначальном подходе.

Класс Monitor и блокировка

Ключевое слово lock на самом деле служит в C# быстрым способом доступа к средствам синхронизации, определенным в классе Monitor, который находится в пространстве имен System.Threading. В этом классе определен, в частности, ряд методов для управления синхронизацией. Например, для получения блокировки объекта вызывается метод Enter(), а для снятия блокировки — метод Exit(). Ниже приведены общие формы этих методов:

public static void Enter(object obj)

public static void Exit (object obj)

где obj обозначает синхронизируемый объект. Если же объект недоступен, то после вызова метода Enter() вызывающий поток ожидает до тех пор, пока объект не станет доступным. Тем не менее методы Enter() и Exit() применяются редко, поскольку оператор lock автоматически предоставляет эквивалентные средства синхронизации потоков. Именно поэтому оператор lock оказывается "более предпочтительным" для получения блокировки объекта при программировании на С#.

Впрочем, один метод из класса Monitor может все же оказаться полезным. Это метод TryEnter(), одна из общих форм которого приведена ниже.

public static bool TryEnter(object obj)

Этот метод возвращает логическое значение true, если вызывающий поток получает блокировку для объекта obj, а иначе он возвращает логическое значение false. Но в любом случае вызывающему потоку придется ждать своей очереди. С помощью метода TryEnter() можно реализовать альтернативный вариант синхронизации потоков, если требуемый объект временно недоступен.

Кроме того, в классе Monitor определены методы Wait(), Pulse() и PulseAll(), которые рассматриваются в следующем разделе.

Сообщение между потоками с помощью методов Wait(), Pulse() и PulseAll()

Рассмотрим следующую ситуацию. Поток T выполняется в кодовом блоке lock, и ему требуется доступ к ресурсу R, который временно недоступен. Что же тогда делать потоку T? Если поток T войдет в организованный в той или иной форме цикл опроса, ожидая освобождения ресурса R, то тем самым он свяжет соответствующий объект, блокируя доступ к нему других потоков. Это далеко не самое оптимальное решение, поскольку оно лишает отчасти преимуществ программирования для многопоточной среды. Более совершенное решение заключается в том, чтобы временно освободить объект и тем самым дать возможность выполняться другим потокам. Такой подход основывается на некоторой форме сообщения между потоками, благодаря которому один поток может уведомлять другой о том, что он заблокирован и что другой поток может возобновить свое выполнение. Сообщение между потоками организуется в C# с помощью методов Wait(), Pulse() и PulseAll().

Методы Wait(), Pulse() и PulseAll() определены в классе Monitor и могут вызываться только из заблокированного фрагмента блока. Они применяются следующим образом. Когда выполнение потока временно заблокировано, он вызывает метод Wait(). В итоге поток переходит в состояние ожидания, а блокировка с соответствующего объекта снимается, что дает возможность использовать этот объект в другом потоке. В дальнейшем ожидающий поток активизируется, когда другой поток войдет в аналогичное состояние блокировки, и вызывает метод Pulse() или PulseAll(). При вызове метода Pulse() возобновляется выполнение первого потока, ожидающего своей очереди на получение блокировки. А вызов метода PulseAll() сигнализирует о снятии блокировки всем ожидающим потокам.

Ниже приведены две наиболее часто используемые формы метода Wait().

public static bool Wait(object obj)

public static bool Wait(object obj, int миллисекунд_простоя)

В первой форме ожидание длится вплоть до уведомления об освобождении объекта, а во второй форме — как до уведомления об освобождении объекта, так и до истечения периода времени, на который указывает количество миллисекунд_простоя. В обеих формах obj обозначает объект, освобождение которого ожидается.

Ниже приведены общие формы методов Pulse() и PulseAll():

public static void Pulse(object obj)

public static void PulseAll(object obj)

где obj обозначает освобождаемый объект.

Если методы Wait(),Pulse() и PulseAll() вызываются из кода, находящегося за пределами синхронизированного кода, например из блока lock, то генерируется исключение SynchronizationLockException.

Пример использования методов Wait() и Pulse()

Для того чтобы стало понятнее назначение методов Wait() и Pulse(), рассмотрим пример программы, имитирующей тиканье часов и отображающей этот процесс на экране словами "тик" и "так". Для этой цели в программе создается класс TickTock, содержащий два следующих метода: Tick() и Тоск(). Метод Tick() выводит на экран слово "тик", а метод Тоск() — слово "так". Для запуска часов далее в программе создаются два потока: один из них вызывает метод Tick(), а другой — метод Тоск(). Преследуемая в данном случае цель состоит в том, чтобы оба потока выполнялись, поочередно выводя на экран слова "тик" и "так", из которых образуется повторяющийся ряд "тик-так", имитирующий ход часов.

//Использовать методы Wait() и Pulse() для иммитации

//тиканья часов

using System;

using System.Threading;

class TickTock {

  object lockOn = new object();

  public void Tick(bool running) {

    lock(lockOn) {

      if(!running) { // остановить часы

        Monitor.Pulse(lockOn); // уведомить любые ожидающие потоки

        return;

      }

      Console.Write("тик ");

      Monitor.Pulse(lockOn); // разрешить выполнение метода Tock()

      Monitor.Wait(lockOn);    // ожидать завершения метода Tock()