详细解析C#多线程同步事件及等待句柄

时间：2022-01-12 11:05:11

最近捣鼓了一下多线程的同步问题，发现其实C#关于多线程同步事件处理还是很灵活，这里主要写一下，自己测试的一些代码，涉及到了AutoResetEvent 和 ManualResetEvent，当然还有也简要提了一下System.Threading.WaitHandle.WaitOne 、System.Threading.WaitHandle.WaitAny和System.Threading.WaitHandle.WaitAll ，下面我们一最初学者的角度来看，多线程之间的同步。

假设有这样的一个场景，主线程开了一个子线程，让子线程等着，等主线程完成了某件事情时再通知子线程去往下执行，这里关键就在于这个怎让子线程等着，主线程怎通知子线程，一般情况下我们不难想到用一个公共变量，于是咱们就有了下面的代码：

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using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;
 
namespace AutoResetEventTest
{
  class Class1
  {
    static bool flag = true;
 
    static void DoWork()
    {
      Console.WriteLine("  worker thread started, now waiting on event...");
      while (flag)
      {
 
      }
      Console.WriteLine("  worker thread reactivated, now exiting...");
    }
 
    static void Main()
    {
      Console.WriteLine("main thread starting worker thread...");
      Thread t = new Thread(DoWork);
      t.Start();
 
      Console.WriteLine("main thrad sleeping for 1 second...");
      Thread.Sleep(1000);
 
      Console.WriteLine("main thread signaling worker thread...");
      flag = false;
    }
  }
}

虽然目的达到了，但是看着这代码就纠结，下面该是我们的主角上场了，AutoResetEvent 和 ManualResetEvent，关于这两者我们暂且认为是差不多了，稍后我会介绍他们的不同，这里以AutoResetEvent为例，其实很多官方的说法太过于抽象，这里通俗地讲，可以认为AutoResetEvent就是一个公共的变量（尽管它是一个事件），创建的时候可以设置为false，然后在要等待的线程使用它的WaitOne方法，那么线程就一直会处于等待状态，只有这个AutoResetEvent被别的线程使用了Set方法，也就是要发通知的线程使用了它的Set方法，那么等待的线程就会往下执行了，Set就是发信号，WaitOne是等待信号，只有发了信号，等待的才会执行。如果不发的话，WaitOne后面的程序就永远不会执行。好下面看用AutoResetEvent改造上面的程序：

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using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;
 
namespace AutoResetEventTest
{
  class Class2
  {
    static AutoResetEvent mEvent=new AutoResetEvent(false);
    //static ManualResetEvent mEvent = new ManualResetEvent(false);
 
    static void DoWork()
    {
      Console.WriteLine("  worker thread started, now waiting on event...");
      mEvent.WaitOne();
      Console.WriteLine("  worker thread reactivated, now exiting...");
    }
 
    static void Main()
    {
      Console.WriteLine("main thread starting worker thread...");
      Thread t = new Thread(DoWork);
      t.Start();
 
      Console.WriteLine("main thrad sleeping for 1 second...");
      Thread.Sleep(1000);
 
      Console.WriteLine("main thread signaling worker thread...");
      mEvent.Set();
    }
  }
}

这时代码是不是清爽多了，这里其实你还会看到，把上面的AutoResetEvent换成ManualResetEvent也是没有问题的，那么它两之间的区别是什么呢？个人认为它们最大的区别在于，无论何时，只要 AutoResetEvent 激活线程，它的状态将自动从终止变为非终止。相反，ManualResetEvent 允许它的终止状态激活任意多个线程，只有当它的 Reset 方法被调用时才还原到非终止状态。开下面的代码：

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using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;
 
namespace AutoResetEventTest
{
  class Class3
  {
    static AutoResetEvent mEvent = new AutoResetEvent(false);
    //static ManualResetEvent mEvent = new ManualResetEvent(false);
 
    static void DoWork()
    {
      Console.WriteLine("  worker thread started, now waiting on event...");
      for (int i = 0; i < 3; i++)
      {
        mEvent.WaitOne();
        //mEvent.Reset();
        Console.WriteLine("  worker thread reactivated, now exiting...");
      }
    }
 
    static void Main()
    {
      Console.WriteLine("main thread starting worker thread...");
      Thread t = new Thread(DoWork);
      t.Start();
 
      for (int i = 0; i < 3; i++)
      {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine("main thread signaling worker thread...");
        mEvent.Set();
      }
    }
  }
}

如果你想仅仅把AutoResetEvent换成ManualResetEvent的话，你发现输出就会乱套了，为什么呢？

假如有autoevent.WaitOne()和manualevent.WaitOne()，当线程得到信号后都得以继续执行。差别就在调用后,autoevent.WaitOne()每次只允许一个线程进入，当某个线程得到信号(也就是有其他线程调用了autoevent.Set()方法后)后，autoevent会自动又将信号置为不发送状态，则其他调用WaitOne的线程只有继续等待，也就是说,autoevent一次只唤醒一个线程。而manualevent则可以唤醒多个线程，当某个线程调用了set方法后，其他调用waitone的线程获得信号得以继续执行，而manualevent不会自动将信号置为不发送，也就是说，除非手工调用了manualevent.Reset()方法，否则manualevent将一直保持有信号状态，manualevent也就可以同时唤醒多个线程继续执行。

在上面代码中，如果将AutoResetEvent换成ManualResetEvent的话，只要要在waitone后面做下reset，就会达到同样的效果。

之后咱们再来个简单的例子：

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using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;
 
namespace AutoResetEventTest
{
  class Class4
  {
    public static AutoResetEvent mEvent = new AutoResetEvent(false);
 
    public static void trmain()
    {
      Thread tr = Thread.CurrentThread;
      Console.WriteLine("thread: waiting for an event");
      mEvent.WaitOne();
      Console.WriteLine("thread: got an event");
      for (int x = 0; x < 10; x++)
      {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine(tr.Name + ": " + x);
      }
    }
    static void Main(string[] args)
    {
      Thread thrd1 = new Thread(new ThreadStart(trmain));
      thrd1.Name = "thread1";
      thrd1.Start();
      for (int x = 0; x < 10; x++)
      {
        Thread.Sleep(900);
        Console.WriteLine("Main:" + x);
        if (5 == x) mEvent.Set();
      }
      while (thrd1.IsAlive)
      {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine("Main: waiting for thread to stop");
      }
    }
  }
}

是不是更有感觉了？之后咱来看看另外几个东东：

System.Threading.WaitHandle.WaitOne 使线程一直等待，直到单个事件变为终止状态；

System.Threading.WaitHandle.WaitAny 阻止线程，直到一个或多个指示的事件变为终止状态；

System.Threading.WaitHandle.WaitAll 阻止线程，直到所有指示的事件都变为终止状态。

然后再来个例子，以WaitAll使用为例：

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using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;
 
namespace AutoResetEventTest
{
  class other
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      Random randomGenerator = new Random();
      AutoResetEvent[] resets=new AutoResetEvent[5];
 
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
        resets[i] = new AutoResetEvent(false);
        int wTime = randomGenerator.Next(10)+1;
 
        worker w = new worker(wTime, resets[i]);
 
        Thread thrd1 = new Thread(new ThreadStart(w.work));
        thrd1.Start(); 
      }
      WaitHandle.WaitAll(resets);
      Console.WriteLine("ALL worker done - main exiting.");
    }
 
  }
 
  public class worker
  {
    public string name;
    public int wTime;
    public AutoResetEvent mEvent;
 
    public worker(int w, AutoResetEvent m)
    {
      name = w.ToString();
      wTime = w * 1000;
      mEvent = m;
    }
 
    public void work()
    {
      Console.WriteLine(name + " worker thread waiting for " + wTime + "....");
      Thread.Sleep(wTime);
      Console.WriteLine(name + " worker thread back...");
      mEvent.Set();
    }
  }
}

简单来说就是，开了5个线程，每个线程随机休眠若干秒，都完成后通知主线程退出，这里就开了一个AutoResetEvent数组，主线程就WaitHandle.WaitAll(resets) ，子线程休眠完后就Set1个AutoResetEvent，最后都Set完后，主线程就会往下执行。最后最后再来个买书付款取货的例子，加深理解：

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using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;
 
namespace AutoResetEventTest
{
  class Program
  {
    const int numIterations = 10;
    static AutoResetEvent myResetEvent = new AutoResetEvent(false);
    static AutoResetEvent ChangeEvent = new AutoResetEvent(false);
    //static ManualResetEvent myResetEvent = new ManualResetEvent(false);
    //static ManualResetEvent ChangeEvent = new ManualResetEvent(false);
    static int number; //这是关键资源
 
    static void Main()
    {
      Thread payMoneyThread = new Thread(new ThreadStart(PayMoneyProc));
      payMoneyThread.Name = "付钱线程";
      Thread getBookThread = new Thread(new ThreadStart(GetBookProc));
      getBookThread.Name = "取书线程";
      payMoneyThread.Start();
      getBookThread.Start();
 
      for (int i = 1; i <= numIterations; i++)
      {
        Console.WriteLine("买书线程：数量{0}", i);
        number = i;
        //Signal that a value has been written.
        myResetEvent.Set();
        //ChangeEvent.Set();
        Thread.Sleep(10);
      }
      payMoneyThread.Abort();
      getBookThread.Abort();
    }
 
    static void PayMoneyProc()
    {
      while (true)
      {
        myResetEvent.WaitOne();
        //myResetEvent.Reset();
        Console.WriteLine("{0}：数量{1}", Thread.CurrentThread.Name, number);
        ChangeEvent.Set();
      }
    }
    static void GetBookProc()
    {
      while (true)
      {
        ChangeEvent.WaitOne();
        //ChangeEvent.Reset();        
        Console.WriteLine("{0}：数量{1}", Thread.CurrentThread.Name, number);
        Console.WriteLine("------------------------------------------");
        //Thread.Sleep(0);
      }
    }
  }
}

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