C 執行緒系列講座 4 同步與死鎖

2021-09-04 11:01:15 字數 3983 閱讀 3517

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...