Текст книги "C# 4.0: полное руководство"

Автор книги: Герберт Шилдт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 68 (всего у книги 83 страниц)

Сообщение между потоками с помощью методов Wait(), Pulse() и PulseAll()

Рассмотрим следующую ситуацию. Поток T выполняется в кодовом блоке lock, и ему требуется доступ к ресурсу R, который временно недоступен. Что же тогда делать потоку T? Если поток T войдет в организованный в той или иной форме цикл опроса, ожидая освобождения ресурса R, то тем самым он свяжет соответствующий объект, блокируя доступ к нему других потоков. Это далеко не самое оптимальное решение, поскольку оно лишает отчасти преимуществ программирования для многопоточной среды. Более совершенное решение заключается в том, чтобы временно освободить объект и тем самым дать возможность выполняться другим потокам. Такой подход основывается на некоторой форме сообщения между потоками, благодаря которому один поток может уведомлять другой о том, что он заблокирован и что другой поток может возобновить свое выполнение. Сообщение между потоками организуется в C# с помощью методов Wait(), Pulse() и PulseAll().

Методы Wait(), Pulse() и PulseAll() определены в классе Monitor и могут вызываться только из заблокированного фрагмента блока. Они применяются следующим образом. Когда выполнение потока временно заблокировано, он вызывает метод Wait(). В итоге поток переходит в состояние ожидания, а блокировка с соответствующего объекта снимается, что дает возможность использовать этот объект в другом потоке. В дальнейшем ожидающий поток активизируется, когда другой поток войдет в аналогичное состояние блокировки, и вызывает метод Pulse() или PulseAll(). При вызове метода Pulse() возобновляется выполнение первого потока, ожидающего своей очереди на получение блокировки. А вызов метода PulseAll() сигнализирует о снятии блокировки всем ожидающим потокам.

Ниже приведены две наиболее часто используемые формы метода Wait().

public static bool Wait(object obj)

public static bool Wait(object obj, int миллисекунд_простоя)

В первой форме ожидание длится вплоть до уведомления об освобождении объекта, а во второй форме – как до уведомления об освобождении объекта, так и до истечения периода времени, на который указывает количество миллисекунд_простоя. В обеих формах obj обозначает объект, освобождение которого ожидается.

Ниже приведены общие формы методов Pulse() и PulseAll():

public static void Pulse(object obj)

public static void PulseAll(object obj)

где obj обозначает освобождаемый объект.

Если методы Wait(),Pulse() и PulseAll() вызываются из кода, находящегося за пределами синхронизированного кода, например из блока lock, то генерируется исключение SynchronizationLockException.

Пример использования методов Wait() и Pulse()

Для того чтобы стало понятнее назначение методов Wait() и Pulse(), рассмотрим пример программы, имитирующей тиканье часов и отображающей этот процесс на экране словами «тик» и «так». Для этой цели в программе создается класс TickTock, содержащий два следующих метода: Tick() и Тоск(). Метод Tick() выводит на экран слово «тик», а метод Тоск() – слово «так». Для запуска часов далее в программе создаются два потока: один из них вызывает метод Tick(), а другой – метод Тоск(). Преследуемая в данном случае цель состоит в том, чтобы оба потока выполнялись, поочередно выводя на экран слова «тик» и «так», из которых образуется повторяющийся ряд «тик-так», имитирующий ход часов.

//Использовать методы Wait() и Pulse() для иммитации

//тиканья часов

using System;

using System.Threading;

class TickTock {

  object lockOn = new object();

  public void Tick(bool running) {

    lock(lockOn) {

      if(!running) {  // остановить часы

        Monitor.Pulse(lockOn); // уведомить любые ожидающие потоки

        return;

      }

      Console.Write("тик ");

      Monitor.Pulse(lockOn); // разрешить выполнение метода Tock()

      Monitor.Wait(lockOn);    // ожидать завершения метода Tock()

    }

  }

  public void Tock(bool running) {

    lock(lockOn) {

      if(!running) { // остановить часы

        Monitor.Pulse(lockOn); // уведомить любые ожидающие потоки

        return;

      }

      Console.WriteLine(«так»);

      Monitor.Pulse(lockOn); // разрешить выполнение метода Tick()

      Monitor.Wait(lockOn);    // ожидать завершения метода Tick()

    }

  }

}

class MyThread {

  public Thread Thrd;

  TickTock ttOb;

  // Сконструировать новый поток.

  public MyThread(string name, TickTock tt) {

    Thrd = new Thread(this.Run);

    ttOb = tt;

    Thrd.Name = name;

    Thrd.Start();

  }

  // Начать выполнение нового потока,

  void Run() {

    if(Thrd.Name == «Tick») {

      for(int i=0; i<5; i++)

        ttOb.Tick(true);

      ttOb.Tick(false) ;

    }

    else {

      for(int i=0; i<5; i++)

        ttOb.Tock(true);

      ttOb.Tock(false);

    }

  }

}

class TickingClock {

  static void Main() {

    TickTock tt = new TickTock();

    MyThread mt1 = new MyThread(«Tick», tt);

    MyThread mt2 = new MyThread(«Tock», tt);

    mt1.Thrd.Join();

    mt2.Thrd.Join();

    Console.WriteLine(«Часы остановлены»);

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

тик так

тик так

тик так

тик так

тик так

Часы остановлены

Рассмотрим эту программу более подробно. В методе Main() создается объект tt типа TickTock, который используется для запуска двух потоков на выполнение. Если в методе Run() из класса MyThread обнаруживается имя потока Tick, соответствующее ходу часов «тик», то вызывается метод Tick(). А если это имя потока Tock, соответствующее ходу часов «так», то вызывается метод Tock(). Каждый из этих методов вызывается пять раз подряд с передачей логического значения true в качестве аргумента. Часы идут до тех пор, пока этим методам передается логическое значение true, и останавливаются, как только передается логическое значение false.

Самая важная часть рассматриваемой здесь программы находится в методах Tick() и Tock(). Начнем с метода Tick(), код которого для удобства приводится ниже.

public void Tick(bool running) {

  lock(lockOn) {

    if(!running) { // остановить часы

      Monitor.Pulse(lockOn); // уведомить любые ожидающие потоки

      return;

    }

    Console.Write("тик ");

    Monitor.Pulse(lockOn); // разрешить выполнение метода Tock()

    Monitor.Wait(lockOn);    // ожидать завершения метода Tock()

  }

}

Прежде всего обратите внимание на код метода Tick() в блоке lock. Напомним, что методы Wait() и Pulse() могут использоваться только в синхронизированных блоках кода. В начале метода Tick() проверяется значение текущего параметра, которое служит явным признаком остановки часов. Если это логическое значение false, то часы остановлены. В этом случае вызывается метод Pulse(), разрешающий выполнение любого потока, ожидающего своей очереди. Мы еще вернемся к этому моменту в дальнейшем. Если же часы идут при выполнении метода Tick(), то на экран выводится слово «тик» с пробелом, затем вызывается метод Pulse(), а после него – метод Wait(). При вызове метода Pulse() разрешается выполнение потока для того же самого объекта, а при вызове метода Wait() выполнение метода Tick() приостанавливается до тех пор, пока метод Pulse() не будет вызван из другого потока. Таким образом, когда вызывается метод Tick(), отображается одно слово «тик» с пробелом, разрешается выполнение другого потока, а затем выполнение данного метода приостанавливается.

Метод Тоск() является точной копией метода Tick(), за исключением того, что он выводит на экран слово «так». Таким образом, при входе в метод Тоск() на экран выводится слово «так», вызывается метод Pulse(), а затем выполнение метода Тоск() приостанавливается. Методы Tick() и Тоск() можно рассматривать как поочередно сменяющие друг друга, т.е. они взаимно синхронизированы.

Когда часы остановлены, метод Pulse() вызывается для того, чтобы обеспечить успешный вызов метода Wait(). Напомним, что метод Wait() вызывается в обоих методах, Tick() и Тоск(), после вывода соответствующего слова на экран. Но дело в том, что когда часы остановлены, один из этих методов все еще находится в состоянии ожидания. Поэтому завершающий вызов метода Pulse() требуется, чтобы выполнить ожидающий метод до конца. В качестве эксперимента попробуйте удалить этот вызов метода Pulse() и понаблюдайте за тем, что при этом произойдет. Вы сразу же обнаружите, что программа «зависает», и для выхода из нее придется нажать комбинацию клавиш . Дело в том, что когда метод Wait() вызывается в последнем вызове метода Тоск(), соответствующий ему метод Pulse() не вызывается, а значит, выполнение метода Тоск() оказывается незавершенным, и он ожидает своей очереди до бесконечности.

Прежде чем переходить к чтению следующего раздела, убедитесь сами, если, конечно, сомневаетесь, в том, что следует обязательно вызывать методы Wait() и Pulse(), чтобы имитируемые часы шли правильно. Для этого подставьте приведенный ниже вариант класса TickTock в рассматриваемую здесь программу. В этом варианте все вызовы методов Wait() и Pulse() исключены.

// Нерабочий вариант класса TickTock.

class TickTock {

  object lockOn = new object();

  public void Tick(bool running) {

    lock(lockOn) {

      if (!running) { // остановить часы

        return;

      }

      Console.Write("тик ") ;

    }

  }

  public void Tock (bool running) {

    lock(lockOn) {

      if(!running) { // остановить часы

        return;

      }

      Console.Write("так ") ;

    }

  }

}

После этой подстановки результат выполнения данной программы будет выглядеть следующим образом.

тик так так так так так тик тик тик тик Часы остановлены

Очевидно, что методы Tick() и Tock() больше не синхронизированы!

Взаимоблокировка и состояние гонки

При разработке многопоточных программ следует быть особенно внимательным, чтобы избежать взаимоблокировки и состояний гонок. Взаимоблокировка, как подразумевает само название, – это ситуация, в которой один поток ожидает определенных действий от другого потока, а другой поток, в свою очередь, ожидает чего-то от первого потока. В итоге оба потока приостанавливаются, ожидая друг друга, и ни один из них не выполняется. Эта ситуация напоминает двух слишком вежливых людей, каждый из которых настаивает на том, чтобы другой прошел в дверь первым!

На первый взгляд избежать взаимоблокировки нетрудно, но на самом деле не все так просто, ведь взаимоблокировка может возникать окольными путями. В качестве примера рассмотрим класс TickTock из предыдущей программы. Как пояснялось выше, в отсутствие завершающего вызова метода Pulse() из метода Tick() или Tock() тот или другой будет ожидать до бесконечности, что приведет к «зависанию» программы вследствие взаимоблокировки. Зачастую причину взаимоблокировки не так-то просто выяснить, анализируя исходный код программы, поскольку параллельно действующие процессы могут взаимодействовать довольно сложным образом во время выполнения. Для исключения взаимоблокировки требуется внимательное программирование и тщательное тестирование. В целом, если многопоточная программа периодически «зависает», то наиболее вероятной причиной этого является взаимоблокировка.

Состояние гонки возникает в том случае, когда два потока или больше пытаются одновременно получить доступ к общему ресурсу без должной синхронизации. Так, в одном потоке может сохраняться значение в переменной, а в другом – инкрементироваться текущее значение этой же переменной. В отсутствие синхронизации конечный результат будет зависеть от того, в каком именно порядке выполняются потоки: инкрементируется ли значение переменной во втором потоке или же оно сохраняется в первом. О подобной ситуации говорят, что потоки «гоняются друг за другом», причем конечный результат зависит от того, какой из потоков завершится первым. Возникающее состояние гонок, как и взаимоблокировку, непросто обнаружить. Поэтому его лучше предотвратить, синхронизируя должным образом доступ к общим ресурсам при программировании.

Применение атрибута MethodlmplAttribute

Метод может быть полностью синхронизирован с помощью атрибута MethodlmplAttribute. Такой подход может стать альтернативой оператору lock в тех случаях, когда метод требуется заблокировать полностью. Атрибут MethodlmplAttгibute определен в пространстве имен System.Runtime.CompilerServices. Ниже приведен конструктор, применяемый для подобной синхронизации:

public MethodlmplAttribute(MethodlmplOptions methodlmplOptions)

где methodlmplOptions обозначает атрибут реализации. Для синхронизации метода достаточно указать атрибут MethodlmplOptions.Synchronized. Этот атрибут вызывает блокировку всего метода для текущего экземпляра объекта, доступного по ссылке this. Если же метод относится к типу static, то блокируется его тип. Поэтому данный атрибут непригоден для применения в открытых объектах или классах.

Ниже приведена еще одна версия программы, имитирующей тиканье часов, с переделанным вариантом класса TickTock, в котором атрибут MethodlmplOptions обеспечивает должную синхронизацию.

// Использовать атрибут MethodlmplAttribute

// для синхронизации метода.

using System;

using System.Threading;

using System.Runtime.CompilerServices;

//Вариант класса TickTock, переделанный с целью

// использовать атрибут MethodlmplOptions.Synchronized,

class TickTock {

  /* Следующий атрибут полностью синхронизирует метод Tick(). */

  [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]

  public void Tick(bool running) {

    if (!running) { // остановить часы

      Monitor.Pulse(this); // уведомить любые ожидающие потоки

      return;

    }

    Console.Write("тик ");

    Monitor.Pulse(this); // разрешить выполнение метода Tock()

    Monitor.Wait(this);    //    ожидать завершения метода Tock()

  }

  /* Следующий атрибут полностью синхронизирует метод Тоск(). */

  [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]

  public void Tock(bool running) {

    if (!running) { // остановить часы

      Monitor.Pulse(this); // уведомить любые ожидающие потоки

      return;

    }

    Console.WriteLine(«так»);

    Monitor.Pulse(this); // разрешить выполнение метода Tick()

    Monitor.Wait(this);    //    ожидать завершения метода Tick()

  }

}

class MyThread {

  public Thread Thrd;

  TickTock ttOb;

  // Сконструировать новый поток.

  public MyThread(string name, TickTock tt) {

    Thrd = new Thread(this.Run);

    ttOb = tt;

    Thrd.Name = name;

    Thrd.Start();

  }

  // Начать выполнение нового потока,

  void Run() {

    if (Thrd.Name == «Tick») {

      for (int i = 0; i < 5; i++) ttOb.Tick(true);

      ttOb.Tick(false);

    }

    else {

      for (int i = 0; i < 5; i++) ttOb.Tock(true);

      ttOb.Tock(false);

    }

  }

}

class TickingClock {

  static void Main() {

    TickTock tt = new TickTock();

    MyThread mt1 = new MyThread(«Tick», tt);

    MyThread mt2 = new MyThread(«Tock», tt);

    mt1.Thrd.Join();

    mt2.Thrd.Join();

    Console.WriteLine(«Часы остановлены»);

  }

}

Эта версия программы дает такой же результат, как и предыдущая. Синхронизируемый метод не определен в открытом классе и не вызывается для открытого объекта, поэтому применение оператора lock или атрибута MethodlmplAttribute зависит от личных предпочтений. Ведь и тот и другой дает один и тот же результат. Но поскольку ключевое слово lock относится непосредственно к языку С#, то в примерах, приведенных в этой книге, предпочтение отдано именно ему.

–

ПРИМЕЧАНИЕ

Не применяйте атрибут MethodImplAttribute в открытых классах или экземплярах открытых объектов. Вместо этого пользуйтесь оператором lock, чтобы заблокировать метод для закрытого объекта, как пояснялось ранее.

–

Применение мьютекса и семафора

В большинстве случаев, когда требуется синхронизация, оказывается достаточно и оператора lock. Тем не менее в некоторых случаях, как, например, при ограничении доступа к общим ресурсам, более удобными оказываются механизмы синхронизации, встроенные в среду .NET Framework. Ниже рассматриваются по порядку два таких механизма: мьютекс и семафор.

Мьютекс

Мьютекс представляет собой взаимно исключающий синхронизирующий объект. Это означает, что он может быть получен потоком только по очереди. Мьютекс предназначен для тех ситуаций, в которых общий ресурс может быть одновременно использован только в одном потоке. Допустим, что системный журнал совместно используется в нескольких процессах, но только в одном из них данные могут записываться в файл этого журнала в любой момент времени. Для синхронизации процессов в данной ситуации идеально подходит мьютекс.

Мьютекс поддерживается в классе System.Threading.Mutex. У него имеется несколько конструкторов. Ниже приведены два наиболее употребительных конструктора.

public Mutex()

public Mutex(bool initiallyOwned)

В первой форме конструктора создается мьютекс, которым первоначально никто не владеет. А во второй форме исходным состоянием мьютекса завладевает вызывающий поток, если параметр ini tiallyOwned имеет логическое значение true. В противном случае мьютексом никто не владеет.

Для того чтобы получить мьютекс, в коде программы следует вызвать метод WaitOne() для этого мьютекса. Метод WaitOne() наследуется классом Mutex от класса Thread.WaitHandle. Ниже приведена его простейшая форма.

public bool WaitOne();

Метод WaitOne() ожидает до тех пор, пока не будет получен мьютекс, для которого он был вызван. Следовательно, этот метод блокирует выполнение вызывающего потока до тех пор, пока не станет доступным указанный мьютекс. Он всегда возвращает логическое значение true.

Когда же в коде больше не требуется владеть мьютексом, он освобождается посредством вызова метода ReleaseMutex(), форма которого приведена ниже.

public void ReleaseMutex()

В этой форме метод ReleaseMutex() освобождает мьютекс, для которого он был вызван, что дает возможность другому потоку получить данный мьютекс.

Для применения мьютекса с целью синхронизировать доступ к общему ресурсу упомянутые выше методы WaitOne()  и ReleaseMutex() используются так, как показано в приведенном ниже фрагменте кода.

Mutex myMtx = new Mutex();

// ...

myMtx.WaitOne() ; // ожидать получения мьютекса

            // Получить доступ к общему ресурсу.

myMtx.ReleaseMutex(); // освободить мьютекс

При вызове метода WaitOne() выполнение соответствующего потока приостанавливается до тех пор, пока не будет получен мьютекс. А при вызове метода ReleaseMutex() мьютекс освобождается и затем может быть получен другим потоком. Благодаря такому подходу к синхронизации одновременный доступ к общему ресурсу ограничивается только одним потоком.

В приведенном ниже примере программы описанный выше механизм синхронизации демонстрируется на практике. В этой программе создаются два потока в виде классов IncThread и DecThread, которым требуется доступ к общему ресурсу: переменной SharedRes.Count. В потоке IncThread переменная SharedRes.Count инкрементируется, а в потоке DecThread – декрементируется. Во избежание одновременного доступа обоих потоков к общему ресурсу SharedRes.Count этот доступ синхронизируется мьютексом Mtx, также являющимся членом класса SharedRes.

// Применить мьютекс.

using System;

using System.Threading;

//В этом классе содержится общий ресурс(переменная Count),

// а также мьютекс (Mtx), управляющий доступом к ней.

class SharedRes {

  public static int Count = 0;

  public static Mutex Mtx = new Mutex();

}

// В этом потоке переменная SharedRes.Count инкрементируется,

class IncThread {

  int num;

  public Thread Thrd;

  public IncThread(string name, int n) {

    Thrd = new Thread(this.Run);

    num = n;

    Thrd.Name = name;

    Thrd.Start();

  }

  // Точка входа в поток,

  void Run() {

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « ожидает мьютекс.»);

    // Получить мьютекс.

    SharedRes.Mtx.WaitOne();

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « получает мьютекс.»);

    do {

      Thread.Sleep (500);

      SharedRes.Count++;

      Console.WriteLine("В потоке " + Thrd.Name +

           ", SharedRes.Count = " + SharedRes.Count);

      num – ;

    } while(num > 0);

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « освобождает мьютекс.»);

    // Освободить мьютекс.

    SharedRes.Mtx.ReleaseMutex();

  }

}

// В этом потоке переменная SharedRes.Count декрементируется,

class DecThread {

  int num;

  public Thread Thrd;

  public DecThread(string name, int n) {

    Thrd = new Thread(new ThreadStart(this.Run));

    num = n;

    Thrd.Name = name;

    Thrd.Start();

  }

  // Точка входа в поток,

  void Run() {

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « ожидает мьютекс.»);

    // Получить мьютекс.

    SharedRes.Mtx.WaitOne();

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « получает мьютекс.»);

    do {

      Thread.Sleep(500) ;

      SharedRes.Count–;

      Console.WriteLine("В потоке " + Thrd.Name +

             ", SharedRes.Count = " + SharedRes.Count);

      num– ;

    } while(num > 0);

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « освобождает мьютекс.»);

    // Освободить мьютекс.

    SharedRes.Mtx.ReleaseMutex();

  }

}

class MutexDemo {

  static void Main() {

    // Сконструировать два потока.

    IncThread mt1 = new IncThread(«Инкрементирующий Поток», 5);

    Thread.Sleep(1); // разрешить инкрементирующему потоку начаться

    DecThread mt2 = new DecThread(«Декрементирующий Поток», 5);

    mt1.Thrd.Join();

    mt2.Thrd.Join();

  }

}

Эта программа дает следующий результат.

Инкрементирующий Поток ожидает мьютекс.

Инкрементирующий Поток получает мьютекс.

Декрементирующий Поток ожидает мьютекс.

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 1

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 2

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 3

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 4

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 5

Инкрементирующий Поток освобождает мьютекс.

Декрементирующий Поток получает мьютекс.

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 4

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 3

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 2

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 1

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 0

Декрементирующий Поток освобождает мьютекс.

Как следует из приведенного выше результата, доступ к общему ресурсу (переменной SharedRes.Count) синхронизирован, и поэтому значение данной переменной может быть одновременно изменено только в одном потоке.

Для того чтобы убедиться в том, что мьютекс необходим для получения приведенного выше результата, попробуйте закомментировать вызовы методов WaitOne() и ReleaseMutex() в исходном коде рассматриваемой здесь программы. При ее последующем выполнении вы получите следующий результат, хотя у вас он может оказаться несколько иным.

Инкрементирующий Поток ожидает мьютекс.

Инкрементирующий Поток получает мьютекс.

Декрементирующий Поток ожидает мьютекс.

Декрементирующий Поток получает мьютекс.

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 1

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 0

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 1

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 0

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 1

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 0

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 1

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 0

В потоке Инкрементирующий Поток, SharedRes.Count = 1

Инкрементирующий Поток освобождает мьютекс.

В потоке Декрементирующий Поток, SharedRes.Count = 0

Декрементирующий Поток освобождает мьютекс.

Как следует из приведенного выше результата, без мьютекса инкрементирование и декрементирование переменной SharedRes.Count происходит, скорее, беспорядочно, чем последовательно.

Мьютекс, созданный в предыдущем примере, известен только тому процессу, который его породил. Но мьютекс можно создать и таким образом, чтобы он был известен где-нибудь еще. Для этого он должен быть именованным. Ниже приведены формы конструктора, предназначенные для создания такого мьютекса.

public Mutex(bool initiallyOwned, string имя)

public Mutex(bool initiallyOwned, string имя, out bool createdNew)

В обеих формах конструктора имя обозначает конкретное имя мьютекса. Если в первой форме конструктора параметр ini tiallyOwned имеет логическое значение true, то владение мьютексом запрашивается. Но поскольку мьютекс может принадлежать другому процессу на системном уровне, то для этого параметра лучше указать логическое значение false. А после возврата из второй формы конструктора параметр createdNew будет иметь логическое значение true, если владение мьютексом было запрошено и получено, и логическое значение false, если запрос на владение был отклонен. Существует и третья форма конструктора типа Mutex, в которой допускается указывать управляющий доступом объект типа MutexSecurity. С помощью именованных мьютексов можно синхронизировать взаимодействие процессов.

И последнее замечание: в потоке, получившем мьютекс, допускается делать один или несколько дополнительных вызовов метода WaitOne() перед вызовом метода ReleaseMutex(), причем все эти дополнительные вызовы будут произведены успешно. Это означает, что дополнительные вызовы метода WaitOne() не будут блокировать поток, который уже владеет мьютексом. Но количество вызовов метода WaitOne() должно быть равно количеству вызовов метода ReleaseMutex() перед освобождением мьютекса.

Семафор

Семафор подобен мьютексу, за исключением того, что он предоставляет одновременный доступ к общему ресурсу не одному, а нескольким потокам. Поэтому семафор пригоден для синхронизации целого ряда ресурсов. Семафор управляет доступом к общему ресурсу, используя для этой цели счетчик. Если значение счетчика больше нуля, то доступ к ресурсу разрешен. А если это значение равно нулю, то доступ к ресурсу запрещен. С помощью счетчика ведется подсчет количества разрешений. Следовательно, для доступа к ресурсу поток должен получить разрешение от семафора.

Обычно поток, которому требуется доступ к общему ресурсу, пытается получить разрешение от семафора. Если значение счетчика семафора больше нуля, то поток получает разрешение, а счетчик семафора декрементируется. В противном случае поток блокируется до тех пор, пока не получит разрешение. Когда же потоку больше не требуется доступ к общему ресурсу, он высвобождает разрешение, а счетчик семафора инкрементируется. Если разрешения ожидает другой поток, то он получает его в этот момент. Количество одновременно разрешаемых доступов указывается при создании семафора. Так, если создать семафор, одновременно разрешающий только один доступ, то такой семафор будет действовать как мьютекс.

Семафоры особенно полезны в тех случаях, когда общий ресурс состоит из группы или пула ресурсов. Например, пул ресурсов может состоять из целого ряда сетевых соединений, каждое из которых служит для передачи данных. Поэтому потоку, которому требуется сетевое соединение, все равно, какое именно соединение он получит. В данном случае семафор обеспечивает удобный механизм управления доступом к сетевым соединениям.

Семафор реализуется в классе System.Threading.Semaphore, у которого имеется несколько конструкторов. Ниже приведена простейшая форма конструктора данного класса:

public Semaphore(int initialCount, int maximumCount)

где initialCount – это первоначальное значение для счетчика разрешений семафора, т.е. количество первоначально доступных разрешений; maximumCount — максимальное значение данного счетчика, т.е. максимальное количество разрешений, которые может дать семафор.

Семафор применяется таким же образом, как и описанный ранее мьютекс. В целях получения доступа к ресурсу в коде программы вызывается метод WaitOne() для семафора. Этот метод наследуется классом Semaphore от класса WaitHandle. Метод WaitOne() ожидает до тех пор, пока не будет получен семафор, для которого он вызывается. Таким образом, он блокирует выполнение вызывающего потока до тех пор, пока указанный семафор не предоставит разрешение на доступ к ресурсу.

Если коду больше не требуется владеть семафором, он освобождает его, вызывая метод Release(). Ниже приведены две формы этого метода.

public int Release()

public int Release(int releaseCount)

В первой форме метод Release() высвобождает только одно разрешение, а во второй форме – количество разрешений, определяемых параметром releaseCount. В обеих формах данный метод возвращает подсчитанное количество разрешений, существовавших до высвобождения.

Метод WaitOne() допускается вызывать в потоке несколько раз перед вызовом метода Release(). Но количество вызовов метода WaitOne() должно быть равно количеству вызовов метода Release() перед высвобождением разрешения. С другой стороны, можно воспользоваться формой вызова метода Release(int num), чтобы передать количество высвобождаемых разрешений, равное количеству вызовов метода WaitOne().

Ниже приведен пример программы, в которой демонстрируется применение семафора. В этой программе семафор используется в классе MyThread для одновременного выполнения только двух потоков типа MyThread. Следовательно, разделяемым ресурсом в данном случае является ЦП.

// Использовать семафор.

using System;

using System.Threading;

// Этот поток разрешает одновременное выполнение

// только двух своих экземпляров,

class MyThread {

  public Thread Thrd;

  // Здесь создается семафор, дающий только два

  // разрешения из двух первоначально имеющихся,

  static Semaphore sem = new Semaphore(2, 2);

  public MyThread(string name) {

    Thrd = new Thread(this.Run);

    Thrd.Name = name;

    Thrd.Start();

  }

  // Точка входа в поток,

  void Run() {

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « ожидает разрешения.»);

    sem.WaitOne();

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « получает разрешение.»);

    for (char ch = 'A'; ch < 'D'; ch++) {

      Console.WriteLine(Thrd.Name + " : " + ch + " ");

      Thread.Sleep(500);

    }

    Console.WriteLine(Thrd.Name + « высвобождает разрешение.»);