C# 4.0 полное руководство - 2011 - Герберт Шилдт

Оператор lock в методе Sumlt () препятствует одновременному использованию данного метода в разных потоках. Обратите внимание на то, что в операторе lock объект lockOn используется в качестве синхронизируемого. Это закрытый объект, предназначенный исключительно для синхронизации. Метод Sleep () намеренно вызывается для того, чтобы произошло переключение задач, хотя в данном случае это невозможно. Код в методе Sumlt () заблокирован, и поэтому он может быть одновременно использован только в одном потоке. Таким образом, когда начинает выполняться второй порожденный поток, он не сможет войти в метод Sumlt () до тех пор, пока из него не выйдет первый порожденный поток. Благодаря этому гарантируется получение правильного результата.

Для того чтобы полностью уяснить принцип действия блокировки, попробуйте удалить из рассматриваемой здесь программы тело метода Sumlt (). В итоге метод Sumlt () перестанет быть синхронизированным, а следовательно, он_может параллельно использоваться в любом числе потоков для одного и того же объекта. Поскольку текущая сумма сохраняется в поле sum, она может быть изменена в каждом потоке, вызывающем метод Sumlt (). Это означает, что если два потока одновременно вызывают метод Sumlt () для одного и того же объекта, то конечный результат получается неверным, поскольку содержимое поля sum отражает смешанный результат суммирования в обоих потоках. В качестве примера ниже приведен результат выполнения рассматриваемой здесь программы после снятия блокировки с метода Sumlt ().

Потомок #1 начат.

Сумма для потока Потомок #1 равна 2 9 Потомок #1 завершен.

Текущая сумма для потока Потомок #2 равна 29

Потомок #2 завершен.

Как следует из приведенного выше результата, в обоих порожденных потоках метод Sumlt () используется одновременно для одного и того же объекта, а это приводит к искажению значения в поле sum.

Ниже подведены краткие итоги использования блокировки.

•    Если блокировка любого заданного объекта получена в одном потоке, то после блокировки объекта она не может быть получена в другом потоке.

•    Остальным потокам, пытающимся получить блокировку того же самого объекта, придется ждать до тех пор, пока объект не окажется в разблокированном состоянии.

•    Когда поток выходит из заблокированного фрагмента кода, соответствующий объект разблокируется.

Другой подход к синхронизации потоков

Несмотря на всю простоту и эффективность блокировки кода метода, как показано в приведенном выше примере, такое средство синхронизации оказывается пригодным далеко не всегда. Допустим, что требуется синхронизировать доступ к методу класса, который был создан кем-то другим и сам не синхронизирован. Подобная ситуация вполне возможна при использовании чужого класса, исходный код которого недоступен. В этом случае оператор lock нельзя ввести в соответствующий метод чужого класса. Как же тогда синхронизировать объект такого класса? К счастью, этот вопрос разрешается довольно просто: доступ к объекту может быть заблокирован из внешнего кода по отношению к данному объекту, для чего достаточно указать этот объект в операторе lock. В качестве примера ниже приведен другой вариант реализации предыдущей программы. Обратите внимание на то, что код в методе Sumlt () уже не является заблокированным, а объект lockOn больше не объявляется. Вместо этого вызовы метода Sumlt () блокируются в классе MyThread.

// Другой способ блокировки для синхронизации доступа к объекту, using System;

using System.Threading;

class SumArray { int sum;

public int Sumlt(int[] nums) {

sum =0; // установить исходное значение суммы

for(int i=0; i < nums.Length; i++) { sum += nums[i];

Console.WriteLine("Текущая сумма для потока " +

Thread.CurrentThread.Name + " равна " + sum); Thread.Sleep(10); // разрешить переключение задач

}

return sum;

}

}

class MyThread {

public Thread Thrd; int[] a; int answer;

/* Создать один объект типа SumArray для всех экземпляров класса MyThread. */ static SumArray sa = new SumArray();

// Сконструировать новый поток, public MyThread(string name, int[] nums) { a = nums;

Thrd = new Thread(this.Run);

Thrd.Name = name;

Thrd.Start(); // начать поток

}

// Начать выполнение нового потока, void Run()    {

Console.WriteLine(Thrd.Name + " начат.");

// Заблокировать вызовы метода Sumlt(). lock(sa) answer = sa.Sumlt(a);

Console.WriteLine("Сумма для потока " + Thrd.Name +

" равна " + answer);

Console.WriteLine(Thrd.Name + " завершен.");

}

}

class Sync {

static void Main() {

int[] a = {1, 2, 3, 4, 5};

MyThread mtl = new MyThread("Потомок #1", a);

MyThread mt2 = new MyThread("Потомок #2", a);

mtl.Thrd.Join(); mt2.Thrd.Join();

В данной программе блокируется вызов метода sa . Sum It (), а не сам метод Sum It (). Ниже приведена соответствующая строка кода, в которой осуществляется подобная блокировка.

// Заблокировать вызовы метода Sumlt() . lock(sa) answer = sa.Sumlt(a);

Объект sa является закрытым, и поэтому он может быть благополучно заблокирован. При таком подходе к синхронизации потоков данная программа дает такой же правильный результат, как и при первоначальном подходе.

Класс Monitor и блокировка

Ключевое слово lock на самом деле служит в C# быстрым способом доступа к средствам синхронизации, определенным в классе Monitor, который находится в пространстве имен System. Threading. В этом классе определен, в частности, ряд методов для управления синхронизацией. Например, для получения блокировки объекта вызывается метод Enter (), а для снятия блокировки — метод Exit (). Ниже приведены общие формы этих методов:

public static void Enter(object obj) public static void Exit (object obj)

где obj обозначает синхронизируемый объект. Если же объект недоступен, то после вызова метода Enter () вызывающий поток ожидает до тех пор, пока объект не станет доступным. Тем не менее методы Enter () и Exit () применяются редко, поскольку оператор lock автоматически предоставляет эквивалентные средства синхронизации потоков. Именно поэтому оператор lock оказывается "более предпочтительным" для получения блокировки объекта при программировании на С#.

Впрочем, один метод из класса Monitor может все же оказаться полезным. Это метод TryEnter (), одна из общих форм которого приведена ниже.

public static bool TryEnter(object obj)

Этот метод возвращает логическое значение true, если вызывающий поток получает блокировку для объекта obj, а иначе он возвращает логическое значение false. Но в любом случае вызывающему потоку придется ждать своей очереди. С помощью метода TryEnter () можно реализовать альтернативный вариант синхронизации потоков, если требуемый объект временно недоступен.

Кроме того, в классе Monitor определены методы Wait (), Pulse () и PulseAll (), которые рассматриваются в следующем разделе.

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

Рассмотрим следующую ситуацию. Поток Г выполняется в кодовом блоке lock, и ему требуется доступ к ресурсу R, который временно недоступен. Что же тогда делать потоку 7? Если поток Г 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 ().