Текст книги "C# 4.0: полное руководство"
Автор книги: Герберт Шилдт
Жанр:
Программирование
сообщить о нарушении
Текущая страница: 69 (всего у книги 83 страниц)
// Освободить семафор, sem.Release();
}
}
class SemaphoreDemo {
static void Main() {
// Сконструировать три потока.
MyThread mt1 = new MyThread(«Поток #1»);
MyThread mt2 = new MyThread(«Поток #2»);
MyThread mt3 = new MyThread(«Поток #3»);
mt1.Thrd.Join();
mt2.Thrd.Join();
mt3.Thrd.Join();
}
}
В классе MyThread объявляется семафор sem, как показано ниже.
static Semaphore sem = new Semaphore(2f 2);
При этом создается семафор, способный дать не более двух разрешений на доступ к ресурсу из двух первоначально имеющихся разрешений.
Обратите внимание на то, что выполнение метода MyThread. Run() не может быть продолжено до тех пор, пока семафор sem не даст соответствующее разрешение. Если разрешение отсутствует, то выполнение потока приостанавливается. Когда же разрешение появляется, выполнение потока возобновляется. В методе In Main() создаются три потока. Но выполняться могут только два первых потока, а третий должен ожидать окончания одного из этих двух потоков. Ниже приведен результат выполнения рассматриваемой здесь программы, хотя у вас он может оказаться несколько иным.
Поток #1 ожидает разрешения.
Поток #1 получает разрешение.
Поток #1 : А
Поток #2 ожидает разрешения.
Поток #2 получает разрешение.
Поток #2 : А
Поток #3 ожидает разрешения.
Поток #1 : В
Поток #2 : В
Поток #1 : С
Поток #2 : С
Поток #1 высвобождает разрешение.
Поток #3 получает разрешение.
Поток #3 : А
Поток #2 высвобождает разрешение.
Поток #3 : В
Поток #3 : С
Поток #3 высвобождает разрешение.
Семафор, созданный в предыдущем примере, известен только тому процессу, который его породил. Но семафор можно создать и таким образом, чтобы он был известен где-нибудь еще. Для этого он должен быть именованным. Ниже приведены формы конструктора класса Semaphore, предназначенные для создания такого семафора.
public Semaphore(int initialCount, int maximumCountf string имя)
public Semaphore(int initialCount, int maximumCount, string имя, out bool createdNew)
В обеих формах имя обозначает конкретное имя, передаваемое конструктору. Если в первой форме семафор, на который указывает имя, еще не существует, то он создается с помощью значений, определяемых параметрами initialCount и maximumCount. А если он уже существует, то значения параметров initialCount и maximumCount игнорируются. После возврата из второй формы конструктора параметр createdNew будет иметь логическое значение true, если семафор был создан. В этом случае значения параметров ini tialCount и maximumCount используются для создания семафора. Если же параметр createdNew будет иметь логическое значение false, значит, семафор уже существует и значения параметров initialCount и maximumCount игнорируются. Существует и третья форма конструктора класса Semaphore, в которой допускается указывать управляющий доступом объект типа SemaphoreSecurity. С помощью именованных семафоров можно синхронизировать взаимодействие процессов.
Для синхронизации в C# предусмотрен еще один тип объекта: событие. Существуют две разновидности событий: устанавливаемые в исходное состояние вручную и автоматически. Они поддерживаются в классах ManualResetEvent и AutoResetEvent соответственно. Эти классы являются производными от класса EventWaitHandle, находящегося на верхнем уровне иерархии классов, и применяются в тех случаях, когда один поток ожидает появления некоторого события в другом потоке. Как только такое событие появляется, второй поток уведомляет о нем первый поток, позволяя тем самым возобновить его выполнение.
Ниже приведены конструкторы классов ManualResetEvent и AutoResetEvent.
public ManualResetEvent(bool initialState)
public AutoResetEvent(bool initialState)
Если в обеих формах параметр initialState имеет логическое значение true, то о событии первоначально уведомляется. А если он имеет логическое значение false, то о событии первоначально не уведомляется.
Применяются события очень просто. Так, для события типа ManualResetEvent порядок применения следующий. Поток, ожидающий некоторое событие, вызывает метод WaitOne() для событийного объекта, представляющего данное событие. Если событийный объект находится в сигнальном состоянии, то происходит немедленный возврат из метода WaitOne(). В противном случае выполнение вызывающего потока приостанавливается до тех пор, пока не будет получено уведомление о событии. Как только событие произойдет в другом потоке, этот поток установит событийный объект в сигнальное состояние, вызвав метод Set(). Поэтому метод Set() следует рассматривать как уведомляющий о том, что событие произошло. После установки событийного объекта в сигнальное состояние произойдет немедленный возврат из метода WaitOne(), и первый поток возобновит свое выполнение. А в результате вызова метода Reset() событийный объект возвращается в несигнальное состояние.
Событие типа AutoResetEvent отличается от события типа ManualResetEvent лишь способом установки в исходное состояние. Если для события типа ManualResetEvent событийный объект остается в сигнальном состоянии до тех пор, пока не будет вызван метод Reset(), то для события типа AutoResetEvent событийный объект автоматически переходит в несигнальное состояние, как только поток, ожидающий это событие, получит уведомление о нем и возобновит свое выполнение. Поэтому если применяется событие типа AutoResetEvent, то вызывать метод Reset() необязательно.
В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение события типа ManualResetEvent.
// Использовать событийный объект, устанавливаемый
// в исходное состояние вручную.
using System;
using System.Threading;
// Этот поток уведомляет о том, что событие передано его конструктору,
class MyThread {
public Thread Thrd;
ManualResetEvent mre;
public MyThread(string name, ManualResetEvent evt) {
Thrd = new Thread(this.Run);
Thrd.Name = name;
mre = evt;
Thrd.Start();
}
// Точка входа в поток,
void Run() {
Console.WriteLine("Внутри потока " + Thrd.Name);
for(int i=0; i<5; i++) {
Console.WriteLine(Thrd.Name);
Thread.Sleep(500) ;
}
Console.WriteLine(Thrd.Name + « завершен!»);
// Уведомить о событии,
mre.Set();
}
}
class ManualEventDemo {
static void Main() {
ManualResetEvent evtObj = new ManualResetEvent(false);
MyThread mt1 = new MyThread(«Событийный Поток 1», evtObj);
Console.WriteLine(«Основной поток ожидает событие.»);
// Ожидать уведомления о событии.
evtObj.WaitOne();
Console.WriteLine("Основной поток получил " +
«уведомление о событии от первого потока.»);
// Установить событийный объект в исходное состояние.
evtObj.Reset();
mt1 = new MyThread(«Событийный Поток 2», evtObj);
// Ожидать уведомления о событии.
evtObj.WaitOne();
Console.WriteLine("Основной поток получил " +
«уведомление о событии от второго потока.»);
}
}
Ниже приведен результат выполнения рассматриваемой здесь программы, хотя у вас он может оказаться несколько иным.
Внутри потока Событийный Поток 1
Событийный Поток 1
Основной поток ожидает событие.
Событийный Поток 1
Событийный Поток 1
Событийный Поток 1
Событийный Поток 1
Событийный Поток 1 завершен!
Основной поток получил уведомление о событии от первого потока.
Внутри потока Событийный Поток 2
Событийный Поток 2
Событийный Поток 2
Событийный Поток 2
Событийный Поток 2
Событийный Поток 2
Событийный Поток 2 завершен!
Основной поток получил уведомление о событии от второго потока.
Прежде всего обратите внимание на то, что событие типа ManualResetEvent передается непосредственно конструктору класса MyThread. Когда завершается метод Run() из класса MyThread, он вызывает для событийного объекта метод Set(), устанавливающий этот объект в сигнальное состояние. В методе Main() формируется событийный объект evtObj типа ManualResetEvent, первоначально устанавливаемый в исходное, несигнальное состояние. Затем создается экземпляр объекта типа MyThread, которому передается событийный объект evtObj. После этого основной поток ожидает уведомления о событии. А поскольку событийный объект evtObj первоначально находится в несигнальном состоянии, то основной поток вынужден ожидать до тех пор, пока для экземпляра объекта типа MyThread не будет вызван метод Set() устанавливающий событийный объект evtObj в сигнальное состояние. Это дает возможность основному потоку возобновить свое выполнение. Затем событийный объект устанавливается в исходное состояние, и весь процесс повторяется, но на этот раз для второго потока. Если бы не событийный объект, то все потоки выполнялись бы одновременно, а результаты их выполнения оказались бы окончательно запутанными. Для того чтобы убедиться в этом, попробуйте закомментировать вызов метода WaitOne() в методе Main().
Если бы в рассматриваемой здесь программе событийный объект типа AutoResetEvent использовался вместо событийного объекта типа ManualResetEvent, то вызывать метод Reset() в методе Main() не пришлось бы. Ведь в этом случае событийный объект автоматически устанавливается в несигнальное состояние, когда поток, ожидающий данное событие, возобновляет свое выполнение. Для опробования этой разновидности события замените в данной программе все ссылки на объект типа ManualResetEvent ссылками на объект типа AutoResetEvent и удалите все вызовы метода Reset(). Видоизмененная версия программы будет работать так же, как и прежде.
Еще одним классом, связанным с синхронизацией, является класс Interlocked. Этот класс служит в качестве альтернативы другим средствам синхронизации, когда требуется только изменить значение общей переменной. Методы, доступные в классе Interlocked, гарантируют, что их действие будет выполняться как единая, непрерываемая операция. Это означает, что никакой синхронизации в данном случае вообще не требуется. В классе Interlocked предоставляются статические методы для сложения двух целых значений, инкрементирования и декрементирования целого значения, сравнения и установки значений объекта, обмена объектами и получения 64-разрядно-го значения. Все эти операции выполняются без прерывания.
В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение двух методов из класса Interlocked: Increment() и Decrement(). При этом используются следующие формы обоих методов:
public static int Increment(ref int location)
public static int Decrement(ref int location)
где location – это переменная, которая подлежит инкрементированию или декрементированию.
// Использовать блокируемые операции.
using System;
using System.Threading;
// Общий ресурс,
class SharedRes {
public static int Count = 0;
}
// В этом потоке переменная SharedRes.Count инкрементируется,
class IncThread {
public Thread Thrd;
public IncThread(string name) {
Thrd = new Thread(this.Run);
Thrd.Name = name;
Thrd.Start();
}
// Точка входа в поток,
void Run() {
for(int i=0; i<5; i++) {
Interlocked.Increment(ref SharedRes.Count);
Console.WriteLine(Thrd.Name + " Count = " + SharedRes.Count);
}
}
}
// В этом потоке переменная SharedRes.Count декрементируется,
class DecThread {
public Thread Thrd;
public DecThread(string name) {
Thrd = new Thread(this.Run);
Thrd.Name = name;
Thrd.Start();
}
// Точка входа в поток,
void Run() {
for(int i=0; i<5; i++) {
Interlocked.Decrement(ref SharedRes.Count);
Console.WriteLine(Thrd.Name + " Count = " + SharedRes.Count);
}
}
}
class InterlockedDemo {
static void Main() {
// Сконструировать два потока.
IncThread mt1 = new IncThread(«Инкрементирующий Поток»);
DecThread mt2 = new DecThread(«Декрементирующий Поток»);
mt1.Thrd.Join();
mt2.Thrd.Join();
}
}
Рассматривавшиеся ранее классы синхронизации, в том числе Semaphore и AutoResetEvent, были доступны в среде .NET Framework, начиная с версии 1.1.
Таким образом, эти классы образуют основу поддержки синхронизации в среде .NET Framework. Но после выпуска версии .NET Framework 4.0 появился ряд новых альтернатив этим классам синхронизации. Все они перечисляются ниже.
Класс - Назначение
Barrier – Вынуждает потоки ожидать появления всех остальных потоков в указанной точке, называемой барьерной
CountdownEvent – Выдает сигнал, когда обратный отсчет завершается
ManualResetEventSlim – Это упрощенный вариант класса ManualResetEvent
semaphoreslim – Это упрощенный вариант класса Semaphore
Если вам понятно, как пользоваться основными классами синхронизации, описанными ранее в этой главе, то у вас не должно возникнуть затруднений при использовании их новых альтернатив и дополнений.
Иногда поток полезно прервать до его нормального завершения. Например, отладчику может понадобиться прервать вышедший из-под контроля поток. После прерывания поток удаляется из системы и не может быть начат снова.
Для прерывания потока до его нормального завершения служит метод Thread.Abort(). Ниже приведена простейшая форма этого метода.
public void Abort()
Метод Abort() создает необходимые условия Для генерирования исключения ThreadAbortException в том потоке, для которого он был вызван. Это исключение приводит к прерыванию потока и может быть перехвачено и в коде программы, но в этом случае оно автоматически генерируется еще раз, чтобы остановить поток. Метод Abort() не всегда способен остановить поток немедленно, поэтому если поток требуется остановить перед тем, как продолжить выполнение программы, то после метода Abort() следует сразу же вызвать метод Join(). Кроме того, в самых редких случаях методу Abort() вообще не удается остановить поток. Это происходит, например, в том случае, если кодовый блок finally входит в бесконечный цикл.
В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение метода Abort() для прерывания потока.
// Прервать поток с помощью метода Abort().
using System;
using System.Threading;
class MyThread {
public Thread Thrd;
public MyThread(string name) {
Thrd = new Thread(this.Run);
Thrd.Name = name;
Thrd.Start();
}
// Это точка входа в поток,
void Run() {
Console.WriteLine(Thrd.Name + « начат.»);
for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
Console.Write(i + " ");
if((i %10)==0) {
Console.WriteLine();
Thread.Sleep(250);
}
}
Console .WriteLine (Thrd.Name + « завершен.»);
}
}
class StopDemo {
static void Main() {
MyThread mt1 = new MyThread(«Мой Поток»);
Thread.Sleep(1000); // разрешить порожденному потоку начать свое выполнение
Console.WriteLine(«Прерывание потока.»);
mt1.Thrd.Abort();
mt1.Thrd.Join(); // ожидать прерывания потока
Console.WriteLine(«Основной поток прерван.»);
}
}
Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.
Мой Поток начат.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
Прерывание потока.
Основной поток прерван.
–
ПРИМЕЧАНИЕ
Метод Abort() не следует применять в качестве обычного средства прерывания потока, поскольку он предназначен для особых случаев. Обычно поток должен завершаться естественным образом, чтобы произошел возврат из метода, выполняющего роль точки входа в него.
–
Другая форма метода Abort()
В некоторых случаях оказывается полезной другая форма метода Abort(), приведенная ниже в общем виде:
public void Abort(object stateInfo)
где statelnfo обозначает любую информацию, которую требуется передать потоку, когда он останавливается. Эта информация доступна посредством свойства ExceptionState из класса исключения ThreadAbortException. Подобным образом потоку можно передать код завершения. В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение данной формы метода Abort().
// Использовать форму метода Abort (object stateInfo) .
using System;
using System.Threading;
class MyThread {
public Thread Thrd;
public MyThread(string name) {
Thrd = new Thread(this.Run);
Thrd.Name = name;
Thrd.Start();
}
// Это точка входа в поток,
void Run() {
try {
Console.WriteLine(Thrd.Name + « начат.»);
for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
Console.Write(i + " ");
if((i%10)==0) {
Console.WriteLine();
Thread.Sleep(250);
}
}
Console.WriteLine(Thrd.Name + « завершен нормально.»);
} catch(ThreadAbortException exc) {
Console.WriteLine("Поток прерван, код завершения "
+ exc.ExceptionState);
}
}
}
class UseAltAbort {
static void Main() {
MyThread mt1 = new MyThread(«Мой Поток»);
Thread.Sleep(1000); // разрешить порожденному потоку начать свое выполнение
Console.WriteLine(«Прерывание потока.»);
mt1.Thrd.Abort(100);
Console.WriteLine(«Основной поток прерван.»);
}
}
Эта программа дает следующий результат.
Мой Поток начат.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
Прерывание потока.
Поток прерван, код завершения 100
Основной поток прерван.
Как следует из приведенного выше результата, значение 100 передается методу Abort() в качестве кода прерывания. Это значение становится затем доступным посредством свойства ExceptionState из класса исключения ThreadAbortException, которое перехватывается потоком при его прерывании.
Отмена действия метода Abort()
Запрос на преждевременное прерывание может быть переопределен в самом потоке. Для этого необходимо сначала перехватить в потоке исключение ThreadAbortException, а затем вызвать метод ResetAbort(). Благодаря этому исключается повторное генерирование исключения по завершении обработчика исключения, прерывающего данный поток. Ниже приведена форма объявления метода ResetAbort().
public static void ResetAbort()
Вызов метода ResetAbort() может завершиться неудачно, если в потоке отсутствует надлежащий режим надежной отмены преждевременного прерывания потока.
В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение метода ResetAbort().
// Использовать метод ResetAbort().
using System;
using System.Threading;
class MyThread {
public Thread Thrd;
public MyThread(string name) {
Thrd = new Thread(this.Run);
Thrd.Name = name;
Thrd.Start();
}
// Это точка входа в поток,
void Run() {
Console.WriteLine(Thrd.Name + «.начат.»);
for (int i = 1; i<=1000; i++) {
try {
Console.Write(i + " ");
if((i %10)==0) {
Console.WriteLine();
Thread.Sleep(250);
}
} catch(ThreadAbortException exc) {
if((int)exc.ExceptionState ==0) {
Console.WriteLine("Прерывание потока отменено! " +
"Код завершения " + exc.ExceptionState);
Thread.ResetAbort();
}
else
Console.WriteLine("Поток прерван, код завершения "
+ exc.ExceptionState);
}
}
Console.WriteLine(Thrd.Name + « завершен нормально.»);
}
}
class ResetAbort {
static void Main() {
MyThread mt1 = new MyThread(«Мой Поток»);
Thread.Sleep(1000); // разрешить порожденному потоку начать свое выполнение
Console.WriteLine(«Прерывание потока.»);
mt1.Thrd.Abort(0); // это не остановит поток
Thread.Sleep(1000); // разрешить порожденному потоку выполняться подольше
Console.WriteLine(«Прерывание потока.»);
mt1.Thrd.Abort(100); // а это остановит поток
mt1.Thrd.Join(); // ожидать прерывания потока
Console.WriteLine(«Основной поток прерван.»);
}
}
Ниже приведен результат выполнения этой программы.
Мой Поток.начат.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
Прерывание потока.
Прерывание потока отменено! Код завершения 0
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
71 72 73 74 75 76 77 78 79 80
Прерывание потока.
Поток прерван, код завершения 100
Основной поток прерван.
Если в данном примере программы метод Abort() вызывается с нулевым аргументом, то запрос на преждевременное прерывание отменяется потоком, вызывающим метод ResetAbort(), и выполнение этого потока продолжается. Любое другое значение аргумента приведет к прерыванию потока.
