本文主要介绍“如何理解C#多线程安全”。在日常操作中,相信很多人对于如何理解C#多线程安全都有疑问。边肖查阅了各种资料,整理出简单易用的操作方法,希望能帮你解答“如何理解C#多线程安全”的疑惑!接下来,请和边肖一起学习!
什么是多线程安全?
程序,单线程和多线程执行结果不一致,这意味着存在多线程安全问题,即多线程不安全。
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多线程安全示例
如果我们有需求,需要输出5个线程,线程号用0-4命名。我们编写以下代码:
privatedinvitbtntask1 _ Click(object sender,EventArgse)
{
控制台。WriteLine ('[Start] * * * * * * * * * * *线程不安全btntak1 _ click * * * * * * * * '示例);
for(inti=0;i5;(一)
{
任务。运行(()=
{
console . writeline($ '[begin]* * * * * * * * * *这是第{i}个线程,线程ID={ thread . currentthread . managed thread ID } * * * * * * * * * * *);
线程。睡眠(2000年);
console . writeline($ '[end]* * * * * * * * * *这是第{i}个线程,线程ID={ thread . currentthread . managed thread ID } * * * * * * * * * * *);
});
}
控制台。WriteLine ('[End] * * * * * * * * *线程不安全示例BTNTTask 1 _ click * * * * * * * * ');
}然后运行如下示例:
通过对上述实例的分析,得出如下结论:
1.在for循环中,启动的五个线程的线程序列号是5,按照我们的预期结果[0,1,2,3,4]是不会输出的。
2.通过分析发现,由于I是for循环中的同一个变量,线程异步启动,存在延迟。线程启动时,for循环已经结束,I的值为5,导致线程序列号与期望值不一致。
为了解决以上问题,我们可以通过引入局部变量来解决,即每个循环声明一个变量,循环5次。如果有5个变量,它们不会相互重叠。如下图所示:
privatedinvitbtntask1 _ Click(object sender,EventArgse)
{
控制台。WriteLine ('[Start] * * * * * * * * * * *线程不安全btntak1 _ click * * * * * * * * '示例);
for(inti=0;i5;(一)
{
int k=I;
任务。运行(()=
{
Console.WriteLine($"【BEGIN】**************这是第 {k} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine($"【 END 】**************这是第 {k} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");
});
}
Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");
}
运行优化后的示例,如下所示:
通过运行示例发现,局部变量可以解决相应的问题。
2. 多线程不安全示例2
假如我们有一个需求:将0到200增加到一个列表中,采用多线程来实现,如下所示:
private void btnTask2_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************"); List<int> list = new List<int>(); List<Task> tasks = new List<Task>(); for (int i = 0; i < 200; i++) { tasks.Add( Task.Run(() => { list.Add(i); })); } Task.WaitAll(tasks.ToArray()); string res = string.Join(",", list); Console.WriteLine($"列表长度: {list.Count} ,列表内容:{res}"); Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************"); }
通过运行示例,如下所示:
通过对以上示例进行分析,得出结论如下:
1.列表的记录条数不对,会少。
2.列表的元素内容与预期的内容不一致。
针对上述问题,采用中间局部变量的方式,可以解决吗?不妨一试,修改后的 代码如下:
private void btnTask2_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************"); List<int> list = new List<int>(); List<Task> tasks = new List<Task>(); for (int i = 0; i < 200; i++) { int k = i; tasks.Add( Task.Run(() => { list.Add(k); })); } Task.WaitAll(tasks.ToArray()); string res = string.Join(",", list); Console.WriteLine($"列表长度: {list.Count} ,列表内容:{res}"); Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************"); }
运行优化示例,如下所示:
通过运行上述示例,得出结论如下:
1.列表长度依然不对,会小于实际单一线程的长度。注意:多线程列表长度不是一定会小于单一线程运行时列表长度,只是存在概率,即多个线程存在同时写入一个位置的概率。
2.列表内容,采用局部变量,可以解决部分问题。
由此可以得出List不是线程安全的数据类型。
加锁lock
针对多线程的不安全问题,可以通过加锁进行解决,加锁的目的:在任意时刻,加锁块都之允许一个线程访问。
加锁原理
lock实际是一个语法糖,实际效果等同于Monitor。锁定的是引用对象的一个内存地址引用。所以锁定对象不可以是值类型,也不可以是null,只能是引用类型。
lock对象的标准写法:默认情况下,锁对象是私有,静态,只读,引用对象。如下所示:
/// <summary> /// 定义一个锁对象 /// </summary> private static readonly object obj = new object();
然后优化程序,如下所示:
private void btnTask2_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************"); List<int> list = new List<int>(); List<Task> tasks = new List<Task>(); for (int i = 0; i < 200; i++) { int k = i; tasks.Add( Task.Run(() => { lock (obj) { list.Add(k); } })); } Task.WaitAll(tasks.ToArray()); string res = string.Join(",", list); Console.WriteLine($"列表长度: {list.Count} ,列表内容:{res}"); Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************"); }
运行优化后的示例,如下所示:
通过对上述示例进行分析,得出结论如下:
1.加锁后,列表在多线程下也变成安全,符合预期的要求。
2.但是由于加锁的原因,同一时刻,只能由一个线程进入,其他线程就会等待,所以多线程也变成了单线程。
为何锁对象要用私有类型?
标准写法,锁对象是私有类型,目的是为了避免锁对象被其他线程使用,如果被使用,则会相互阻塞,如下所示:
假如,现在有一个锁对象,在TestLock中使用,如下所示:
public class TestLock { public static readonly object Obj = new object(); public void Show() { Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show**************"); for (int i = 0; i < 5; i++) { int k = i; Task.Run(() => { lock (Obj) { Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第 {k} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine($"【 END 】*********T*****这是第 {k} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); } }); } Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show**************"); } }
同时在FrmMain中使用,如下所示:
private void btnTask3_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask3_Click**************"); //类对象中多线程 TestLock.Show(); //主方法中多线程 for (int i = 0; i < 5; i++) { int k = i; Task.Run(() => { lock (TestLock.Obj) { Console.WriteLine($"【BEGIN】*********M*****这是第 {k} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine($"【 END 】*********M*****这是第 {k} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); } }); } Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask3_Click**************"); }
运行上述示例,如下所示:
通过上述示例,得出结论如下:
1.T和M是成对相邻,且各代码块交互出现。
2.多个代码块,共用一把锁,是会相互阻塞的。这也是为啥不建议使用public修饰符的原因,避免被不恰当的加锁。
如果使用不同的锁对象,多个代码块之间是可以并发的【T和M是不成对,且不相邻出现,但是有同一代码块的内部顺序】,效果如下:
为什么锁对象要用static类型?
假如对象不是static类型,那么锁对象就是对象属性,不同的对象之间是相互独立的,所以不同通对象调用相同的方法,就会存在并发的问题,如下所示:
修改TestLock代码【去掉static】,如下所示:
public class TestLock { public readonly object Obj = new object(); public void Show(string name) { Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name); for (int i = 0; i < 5; i++) { int k = i; Task.Run(() => { lock (Obj) { Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine($"【 END 】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); } }); } Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name); } }
声明两个对象,分别调用Show方法,如下所示:
private void btnTask4_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask3_Click**************"); TestLock testLock1 = new TestLock(); testLock1.Show("first"); TestLock testLock2 = new TestLock(); testLock2.Show("second"); Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask3_Click**************"); }
测试示例,如下所示:
通过以上示例,得出结论如下:
非静态锁对象,只在当前对象内部进行允许同一时刻只有一个线程进入,但是多个对象之间,是相互并发,相互独立的。所以建议锁对象为static对象。
加锁锁定的是什么?
在lock模式下,锁定的是内存引用地址,而不是锁定的对象的值。假如将Form的锁对象的类型改为字符串,如下所示:
/// <summary> /// 定义一个锁对象 /// </summary> private static readonly string obj = "花无缺";
同时TestLock类的锁对象也改为字符串,如下所示:
public class TestLock { private static readonly string obj = "花无缺"; public static void Show(string name) { Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name); for (int i = 0; i < 5; i++) { int k = i; Task.Run(() => { lock (obj) { Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine($"【 END 】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); } }); } Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name); } }
运行上述示例,结果如下:
通过上述示例,得出结论如下:
1.字符串是一种特殊的锁类型,如果字符串的值一致,则认为是同一个锁对象,不同对象之间会进行阻塞。因为string类型是享元的,在内存堆里面只有一个花无缺。
2.如果是其他类型,则是不同的锁对象,是可以相互并发的。
3.说明锁定的是内存引用地址,而非锁定对象的值。
泛型锁对象
如果TestLock为泛型类,如下所示:
1 public class TestLock<T> 2 { 3 private static readonly object obj = new object(); 4 5 public static void Show(string name) 6 { 7 8 Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name); 9 10 for (int i = 0; i < 5; i++) 11 { 12 int k = i; 13 Task.Run(() => 14 { 15 lock (obj) 16 { 17 Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); 18 Thread.Sleep(2000); 19 Console.WriteLine($"【 END 】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); 20 } 21 }); 22 } 23 24 Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name); 25 } 26 }
那么在调用时,会相互阻塞吗?调用代码如下:
private void btnTask5_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask5_Click**************"); TestLock<int>.Show("AA"); TestLock<string>.Show("BB"); Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask5_Click**************"); }
运行上述示例,如下所示:
通过分析上述示例,得出结论如下所示:
1.对于泛型类,不同类型参数之间是可以相互并发的,因为泛型类针对不同类型参数会编译成不同的类,那对应的锁对象,会变成不同的引用类型。
2.如果锁对象为字符串类型,则也是会相互阻塞的,只是因为字符串是享元模式。
3.泛型T的不同,会编译成不同的副本。
递归加锁
如果在递归函数中进行加锁,会造成死锁吗?示例代码如下:
private void btnTask6_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask6_Click**************"); this.add(1); Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask6_Click**************"); } private int num = 0; private void add(int index) { this.num++; Task.Run(()=> { lock (obj) { Console.WriteLine($"【BEGIN】**************这是第 {num} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine($"【 END 】**************这是第 {num} 个线程,线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************"); if (num < 5) { this.add(index); } } }); }
运行上述示例,如下所示:
通过运行上述示例,得出结论如下:
在递归函数中进行加锁,会进行阻塞等待,但是不会造成死锁。
到此,关于“C#多线程安全怎么理解”的学习就结束了,希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习,快去试试吧!若想继续学习更多相关知识,请继续关注网站,小编会继续努力为大家带来更多实用的文章!
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