聊透多线程编程-线程池-9.C# 线程同步实现方式
目录
(1) ManualResetEvent 和 AutoResetEvent
(2) CountdownEvent
(3) Barrier
(4) Task 和 TaskCompletionSource
(5) Monitor 条件变量 (Wait, Pulse, PulseAll)
线程同步是指多个线程按照一定的顺序协调执行，使得线程之间能够正确地交互和协作。它强调的是线程之间的执行顺序和协作，以确保程序的逻辑正确性。例如，一个线程负责生产数据，另一个线程负责消费数据，那么这两个线程就需要进行同步，以保证生产的数据能被正确消费。
在 .NET 中，线程同步（Thread Synchronization）有多种实现方式，以下是 .NET 中常见的线程互斥实现方式：
| 机制名称 | 原理 | 特点 |
| ManualResetEvent 和 AutoResetEvent | 通过事件机制在线程之间传递信号，ManualResetEvent 需要手动重置，AutoResetEvent 自动重置。 | ManualResetEvent：适合通知多个线程。AutoResetEvent：每次只通知一个线程。 |
| CountdownEvent | 基于计数器的同步机制，允许线程等待直到计数器归零。 | 适用于需要等待多个任务完成后再继续执行的场景。 |
| Barrier | 允许多个线程在每个阶段完成后彼此等待，确保所有线程都到达某个点后才能继续进入下一个阶段。 | 适合多线程分阶段协作的场景，支持动态调整参与线程数量。 |
| Task 和 TaskCompletionSource | Task 提供高级异步编程模型，TaskCompletionSource 允许手动控制任务的状态。 | 简化异步编程模型，提供灵活的任务状态控制。 |
| Monitor 条件变量 (Wait, Pulse, PulseAll) | 使用条件变量实现线程间的复杂协调，Wait 使线程等待，Pulse 和 PulseAll 唤醒线程。 | 适合复杂的线程间协调场景，需显式管理锁和条件变量。 |
(1) ManualResetEvent 和 AutoResetEvent
- 原理： 这两种事件都是用来在线程之间传递信号的。ManualResetEvent 需要手动重置状态，而 AutoResetEvent 在每次信号被接收后自动重置。当某个线程调用 WaitOne 方法时，如果没有信号，则该线程会被阻塞；一旦有信号发出（通过 Set 方法），线程将继续执行。
- 特点：
- ManualResetEvent：适合需要通知多个线程的情况。
- AutoResetEvent：每次只能通知一个线程。
- 用法：
using System.Threading;private static ManualResetEvent _manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);public void SignalThread()
{_manualResetEvent.Set(); // 发送信号
}public void WaitForSignal()
{_manualResetEvent.WaitOne(); // 等待信号
}
(2) CountdownEvent
- 原理： CountdownEvent 是一种基于计数器的同步机制，允许线程等待直到计数器归零。每当某个操作完成时，计数器会递减，当计数器为零时，所有等待的线程都会被释放。
- 特点：
- 适用于需要等待多个任务完成后再继续执行的场景。
- 简化了线程间的协调逻辑。
- 用法：
using System.Threading;private static CountdownEvent _countdownEvent = new CountdownEvent(3);public void PerformTask(int taskId)
{Console.WriteLine($"Task {taskId} completed.");_countdownEvent.Signal(); // 计数器减一
}public void WaitForTasks()
{_countdownEvent.Wait(); // 等待计数器归零Console.WriteLine("All tasks completed.");
}
(3) Barrier
- 原理： Barrier 是一种用于多阶段协作的同步机制，允许多个线程在每个阶段完成后彼此等待，确保所有线程都到达某个点后才能继续进入下一个阶段。
- 特点：
- 适合多线程分阶段协作的场景。
- 支持动态调整参与线程的数量。
- 用法：
using System.Threading;private static Barrier _barrier = new Barrier(3, b => Console.WriteLine("All threads reached the barrier."));public void PerformPhase(int threadId)
{Console.WriteLine($"Thread {threadId} completed phase 1.");_barrier.SignalAndWait(); // 等待其他线程完成当前阶段Console.WriteLine($"Thread {threadId} completed phase 2.");_barrier.SignalAndWait(); // 等待其他线程完成下一阶段
}
(4) Task 和 TaskCompletionSource
- 原理： Task 是 .NET 提供的一种高级线程同步机制，通常与 async 和 await 关键字结合使用。TaskCompletionSource 则提供了更灵活的方式，用于手动控制任务的状态（如完成、取消或失败）。
- 特点：
- 简化异步编程模型。
- 提供强大的灵活性，支持手动控制任务的完成状态。
- 用法：
private static TaskCompletionSource<int> _tcs = new TaskCompletionSource<int>();public async Task WaitForCompletionAsync()
{int result = await _tcs.Task; // 等待任务完成Console.WriteLine($"Task completed with result: {result}");
}public void CompleteTask(int result)
{_tcs.SetResult(result); // 手动设置任务完成状态
}
(5) Monitor 条件变量 (Wait, Pulse, PulseAll)
- 原理： Monitor 类提供条件变量（Wait, Pulse, PulseAll），允许线程在特定条件下等待，并由其他线程唤醒。Wait 使线程进入等待状态，Pulse 唤醒一个等待的线程，PulseAll 唤醒所有等待的线程。
- 特点：
- 适合复杂的线程间协调场景。
- 需要显式管理锁和条件变量。
- 用法：
private readonly object _lockObject = new object();
private bool _conditionMet = false;public void Waiter()
{lock (_lockObject){while (!_conditionMet)Monitor.Wait(_lockObject); // 等待条件满足Console.WriteLine("Condition met, continuing execution.");}
}public void Signaler()
{lock (_lockObject){_conditionMet = true;Monitor.Pulse(_lockObject); // 唤醒一个等待的线程}
}