C#多线程之基础篇3

　　在上一篇C#多线程之基础篇2中，我们主要讲述了确定线程的状态、线程优先级、前台线程和后台线程以及向线程传递参数的知识，在这一篇中我们将讲述如何使用C#的lock关键字锁定线程、使用Monitor锁定线程以及线程中的异常处理。

九、使用C#的lock关键字锁定线程

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，然后修改为如下代码：

 using System;
 using System.Threading;
 using static System.Console;

 namespace Recipe09
 {
     abstract class CounterBase
     {
         public abstract void Increment();
         public abstract void Decrement();
     }

     class Counter : CounterBase
     {
         public int Count { get; private set; }

         public override void Increment()
         {
             Count++;
         }

         public override void Decrement()
         {
             Count--;
         }
     }

     class CounterWithLock : CounterBase
     {
         private readonly object syncRoot = new Object();

         public int Count { get; private set; }

         public override void Increment()
         {
             lock (syncRoot)
             {
                 Count++;
             }
         }

         public override void Decrement()
         {
             lock (syncRoot)
             {
                 Count--;
             }
         }
     }

     class Program
     {
         static void TestCounter(CounterBase c)
         {
             for (int i = ; i < ; i++)
             {
                 c.Increment();
                 c.Decrement();
             }
         }

         static void Main(string[] args)
         {
             WriteLine("Incorrect counter");
             var c1 = new Counter();
             var t1 = new Thread(() => TestCounter(c1));
             var t2 = new Thread(() => TestCounter(c1));
             var t3 = new Thread(() => TestCounter(c1));
             t1.Start();
             t2.Start();
             t3.Start();
             t1.Join();
             t2.Join();
             t3.Join();
             WriteLine($"Total count: {c1.Count}");

             WriteLine("--------------------------");

             WriteLine("Correct counter");
             var c2 = new CounterWithLock();
             t1 = new Thread(() => TestCounter(c2));
             t2 = new Thread(() => TestCounter(c2));
             t3 = new Thread(() => TestCounter(c2));
             t1.Start();
             t2.Start();
             t3.Start();
             t1.Join();
             t2.Join();
             t3.Join();
             WriteLine($"Total count: {c2.Count}");
         }
     }
 }

3、运行该控制台应用程序，运行效果（每次运行效果可能不同）如下图所示：

　　在第65行代码处，我们创建了Counter类的一个对象，该类定义了一个简单的counter变量，该变量可以自增1和自减1。然后在第66~68行代码处，我们创建了三个线程，并利用lambda表达式将Counter对象传递给了“TestCounter”方法，这三个线程共享同一个counter变量，并且对这个变量进行自增和自减操作，这将导致结果的不正确。如果我们多次运行这个控制台程序，它将打印出不同的counter值，有可能是0，但大多数情况下不是。

　　发生这种情况是因为Counter类是非线程安全的。我们假设第一个线程在第57行代码处执行完毕后，还没有执行第58行代码时，第二个线程也执行了第57行代码，这个时候counter的变量值自增了2次，然后，这两个线程同时执行了第58行处的代码，这会造成counter的变量只自减了1次，因此，造成了不正确的结果。

　　为了确保不发生上述不正确的情况，我们必须保证在某一个线程访问counter变量时，另外所有的线程必须等待其执行完毕才能继续访问，我们可以使用lock关键字来完成这个功能。如果我们在某个线程中锁定一个对象，其他所有线程必须等到该线程解锁之后才能访问到这个对象，因此，可以避免上述情况的发生。但是要注意的是，使用这种方式会严重影响程序的性能。更好的方式我们将会在仙童同步中讲述。

十、使用Monitor锁定线程

　　在这一小节中，我们将描述一个多线程编程中的常见的一个问题：死锁。我们首先创建一个死锁的示例，然后使用Monitor避免死锁的发生。

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，编写代码如下：

 using System;
 using System.Threading;
 using static System.Console;
 using static System.Threading.Thread;

 namespace Recipe10
 {
     class Program
     {
         static void LockTooMuch(object lock1, object lock2)
         {
             lock (lock1)
             {
                 Sleep();
                 lock (lock2)
                 {
                 }
             }
         }

         static void Main(string[] args)
         {
             object lock1 = new object();
             object lock2 = new object();

             new Thread(() => LockTooMuch(lock1, lock2)).Start();

             lock (lock2)
             {
                 WriteLine("This will be a deadlock!");
                 Sleep();
                 lock (lock1)
                 {
                     WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
                 }
             }
         }
     }
 }

3、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：

　　在上述结果中我们可以看到程序发生了死锁，程序一直结束不了。

　　在第10~19行代码处，我们定义了一个名为“LockTooMuch”的方法，在该方法中我们锁定了第一个对象lock1，等待1秒钟后，希望锁定第二个对象lock2。

　　在第26行代码处，我们创建了一个新的线程来执行“LockTooMuch”方法，然后立即执行第28行代码。

　　在第28~32行代码处，我们在主线程中锁定了对象lock2，然后等待1秒钟后，希望锁定第一个对象lock1。

　　在创建的新线程中我们锁定了对象lock1，等待1秒钟，希望锁定对象lock2，而这个时候对象lock2已经被主线程锁定，所以新建线程会等待对象lock2被主线程解锁。然而，在主线程中，我们锁定了对象lock2，等待1秒钟，希望锁定对象lock1，而这个时候对象lock1已经被创建的线程锁定，所以主线程会等待对象lock1被创建的线程解锁。当发生这种情况的时候，死锁就发生了，所以我们的控制台应用程序目前无法正常结束。

4、要避免死锁的发生，我们可以使用“Monitor.TryEnter”方法来替换lock关键字，“Monitor.TryEnter”方法在请求不到资源时不会阻塞等待，可以设置超时时间，获取不到直接返回false。修改代码如下所示：

 using System;
 using System.Threading;
 using static System.Console;
 using static System.Threading.Thread;

 namespace Recipe10
 {
     class Program
     {
         static void LockTooMuch(object lock1, object lock2)
         {
             lock (lock1)
             {
                 Sleep();
                 lock (lock2)
                 {
                 }
             }
         }

         static void Main(string[] args)
         {
             object lock1 = new object();
             object lock2 = new object();

             new Thread(() => LockTooMuch(lock1, lock2)).Start();

             lock (lock2)
             {
                 WriteLine("This will be a deadlock!");
                 Sleep();
                 //lock (lock1)
                 //{
                 //    WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
                 //}
                 if (Monitor.TryEnter(lock1, TimeSpan.FromSeconds()))
                 {
                     WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
                 }
                 else
                 {
                     WriteLine("Timeout acquiring a resource!");
                 }
             }
         }
     }
 }

5、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：

　　此时，我们的控制台应用程序就避免了死锁的发生。

十一、处理异常

　　在这一小节中，我们讲述如何在线程中正确地处理异常。正确地将try/catch块放置在线程内部是非常重要的，因为在线程外部捕获线程内部的异常通常是不可能的。

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，修改代码如下所示：

 using System;
 using System.Threading;
 using static System.Console;
 using static System.Threading.Thread;

 namespace Recipe11
 {
     class Program
     {
         static void BadFaultyThread()
         {
             WriteLine("Starting a faulty thread...");
             Sleep(TimeSpan.FromSeconds());
             throw new Exception("Boom!");
         }

         static void FaultyThread()
         {
             try
             {
                 WriteLine("Starting a faulty thread...");
                 Sleep(TimeSpan.FromSeconds());
                 throw new Exception("Boom!");
             }
             catch(Exception ex)
             {
                 WriteLine($"Exception handled: {ex.Message}");
             }
         }

         static void Main(string[] args)
         {
             var t = new Thread(FaultyThread);
             t.Start();
             t.Join();

             try
             {
                 t = new Thread(BadFaultyThread);
                 t.Start();
             }
             catch (Exception ex)
             {
                 WriteLine(ex.Message);
                 WriteLine("We won't get here!");
             }
         }
     }
 }

3、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：

　　在第10~15行代码处，我们定义了一个名为“BadFaultyThread”的方法，在该方法中抛出一个异常，并且没有使用try/catch块捕获该异常。

　　在第17~29行代码处，我们定义了一个名为“FaultyThread”的方法，在该方法中也抛出一个异常，但是我们使用了try/catch块捕获了该异常。

　　在第33~35行代码处，我们创建了一个线程，在该线程中执行了“FaultyThread”方法，我们可以看到在这个新创建的线程中，我们正确地捕获了在“FaultyThread”方法中抛出的异常。

　　在第37~46行代码处，我们又新创建了一个线程，在该线程中执行了“BadFaultyThread”方法，并且在主线程中使用try/catch块来捕获在新创建的线程中抛出的异常，不幸的的是我们在主线程中无法捕获在新线程中抛出的异常。

　　由此可以看到，在一个线程中捕获另一个线程中的异常通常是不可行的。

　　至此，多线程（基础篇）我们就讲述到这儿，之后我们将讲述线程同步相关的知识，敬请期待！

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