C#多线程实践——线程同步

下面的表格列展了.NET对协调或同步线程动作的可用的工具：

                      简易阻止方法

构成	目的
Sleep	阻止给定的时间周期
Join	等待另一个线程完成

                      锁系统

构成	目的	跨进程？	速度
lock	确保只有一个线程访问某个资源或某段代码。	否	快
Mutex	确保只有一个线程访问某个资源或某段代码。可被用于防止一个程序的多个实例同时运行。	是	中等
Semaphore	确保不超过指定数目的线程访问某个资源或某段代码。	是	中等

                    信号系统

构成	目的	跨进程？	速度
EventWaitHandle	允许线程等待直到它受到了另一个线程发出信号。	是	中等
Wait 和 Pulse*	允许一个线程等待直到自定义阻止条件得到满足。	否	中等

同步要领

阻止(Blocking)

　　当一个线程通过上面所列的方式处于等待或暂停的状态，被称为被阻止。一旦被阻止，线程立刻放弃它被分配的CPU时间，将它的ThreadState属性添加为WaitSleepJoin状态，直到停止阻止。停止阻止由以下任一条件触发：

• 阻止的条件已得到满足
• 操作超时（如果timeout被指定了）
• 通过Thread.Interrupt中断了
• 通过Thread.Abort放弃了

当线程通过（不建议）Suspend 方法暂停，不认为是被阻止了。

休眠 和 轮询

　　调用Thread.Sleep阻止当前的线程指定的时间（或者直到中断）：

static void Main() {
    Thread.Sleep (0);                           // 释放CPU时间片
    Thread.Sleep (1000);                        // 休眠1000毫秒
    Thread.Sleep (TimeSpan.FromHours (1));      // 休眠1小时
    Thread.Sleep (Timeout.Infinite);            // 休眠直到中断
}

　　确切地说，Thread.Sleep放弃了占用CPU，请求不再被分配时间直到超过某个给定的时间。Thread.Sleep(0)放弃CPU的时间刚刚够其它在时间片队列里的活动线程（如果有的话）被执行。

Thread.Sleep在阻止方法中是唯一的暂停捕获Windows Forms程序的Windows消息的方法，在Windows Forms程序中是一个很大的问题，任何对主UI线程的阻止都将使程序失去相应。因此一般避免这样使用，无论信息获取是否被“技术地”暂定与否。线程类同时也提供了一个SpinWait方法，它使用轮询CPU而非放弃CPU时间的方式，保持给定的迭代次数进行“无用地繁忙”。50迭代停顿大约一微秒,一般取决于CPU的速度和负载。从技术上讲，SpinWait并不是一个阻止的方法：一个处于spin-waiting的线程的ThreadState不是WaitSleepJoin状态，并且也不会被其它的线程过早的中断(Interrupt)。SpinWait很少被使用，它的作用是等待一个在极短时间（可能小于一微秒）内可准备好的可预期的资源，而不用调用Sleep方法阻止线程而浪费CPU时间。不过，这种技术的优势只有在多处理器计算机：对单一处理器的电脑，直到轮询的线程结束了它的时间片之前,一个资源没有机会改变状态，这有违它的初衷。并且调用SpinWait经常会花费较长的时间这本身就浪费了CPU时间。

 阻止 vs. 轮询

线程可以等待某个确定的条件来明确轮询使用一个轮询的方式，比如：

while (!proceed);

或者：

while (DateTime.Now < nextStartTime);

　　这是非常浪费CPU时间的：对于CLR和操作系统而言，线程进行了一个重要的计算，所以分配了相应的资源！在这种状态

下的轮询线程不算是阻止，不像一个线程等待一个EventWaitHandle（一般使用这样的信号任务来构建）。

阻止和轮询组合使用可以产生一些变换：

while (!proceed) Thread.Sleep (x); // "轮询休眠!"

　x越大，CPU效率越高，折中方案是增大潜伏时间，任何20ms的花费是微不足道的，除非循环中的条件是极其复杂的。

除了稍有延迟，这种轮询和休眠的方式可以结合的非常好，可能它最大的用处在于程序员可以放弃使用复杂的信号结构来工作了。

使用Join等待一个线程完成

可以通过Join方法阻止线程直到另一个线程结束：

class ThreadDemo {

    static void Main() {

    Thread t = new Thread (delegate() { Console.ReadLine();});

    t.Start();

    t.Join(); // 等待直到线程完成

    Console.WriteLine ("Thread t's ReadLine complete!");

    }

}

　　Join方法也接收一个使用毫秒或用TimeSpan类的超时参数，当Join超时是返回false，如果线程已终止，则返回true 。

　　Join所带的超时参数非常像Sleep方法，实际上下面两行代码几乎差不多:

Thread.Sleep (1000);

Thread.CurrentThread.Join (1000);

　　他们的区别明显在于单线程的应用程序域与COM互操作性：在阻止时，Join保持信息捕获，Sleep暂停信息捕获。