C#多线程编程实例实战(1)

问题的提出

所谓单个写入程序/多个阅读程序的线程同步问题，是指任意数量的线程访问共享资源时，写入程序（线程）需要修改共享资源，而阅读程序（线程）需要读取数据。在这个同步问题中，很容易得到下面二个要求：

1） 当一个线程正在写入数据时，其他线程不能写，也不能读。  

2） 当一个线程正在读入数据时，其他线程不能写，但能够读。

在数据库应用程序环境中经常遇到这样的问题。比如说，有n个最终用户，他们都要同时访问同一个数据库。其中有m个用户要将数据存入数据库，n-m个用户要读取数据库中的记录。

很显然，在这个环境中，我们不能让两个或两个以上的用户同时更新同一条记录，如果两个或两个以上的用户都试图同时修改同一记录，那么该记录中的信息就会被破坏。

我们也不让一个用户更新数据库记录的同时，让另一用户读取记录的内容。因为读取的记录很有可能同时包含了更新和没有更新的信息，也就是说这条记录是无效的记录。

实现分析

规定任一线程要对资源进行写或读操作前必须申请锁。根据操作的不同，分为阅读锁和写入锁，操作完成之后应释放相应的锁。将单个写入程序/多个阅读程序的要求改变一下，可以得到如下的形式：

一个线程申请阅读锁的成功条件是：当前没有活动的写入线程。  

一个线程申请写入锁的成功条件是：当前没有任何活动（对锁而言）的线程。

因此，为了标志是否有活动的线程，以及是写入还是阅读线程，引入一个变量m_nActive，如果m_nActive > 0，则表示当前活动阅读线程的数目，如果m_nActive=0，则表示没有任何活动线程，m_nActive <0，表示当前有写入线程在活动，注意m_nActive<0，时只能取-1的值，因为只允许有一个写入线程活动。

为了判断当前活动线程拥有的锁的类型，我们采用了线程局部存储技术（请参阅其它参考书籍），将线程与特殊标志位关联起来。

申请阅读锁的函数原型为：public void AcquireReaderLock( int millisecondsTimeout )，其中的参数为线程等待调度的时间。函数定义如下：
public void AcquireReaderLock( int millisecondsTimeout )

{

// m_mutext很快可以得到，以便进入临界区

m_mutex.WaitOne( );   

// 是否有写入线程存在   

bool bExistingWriter = ( m_nActive < 0 );

if( bExistingWriter )

{ //等待阅读线程数目加1,当有锁释放时，根据此数目来调度线程

m_nWaitingReaders++;   

}  else

{ //当前活动线程加1

m_nActive++;   

}

m_mutex.ReleaseMutex();

//存储锁标志为Reader   

System.LocalDataStoreSlot slot = Thread.GetNamedDataSlot(m_strThreadSlotName);

object obj = Thread.GetData( slot );

LockFlags flag = LockFlags.None;

if( obj != null )   

flag = (LockFlags)obj ;   

if( flag == LockFlags.None )

{ 

Thread.SetData( slot, LockFlags.Reader );

}   

else   

{

Thread.SetData( slot, (LockFlags)((int)flag | (int)LockFlags.Reader ) );

}

if( bExistingWriter )

{ //等待指定的时间   

this.m_aeReaders.WaitOne( millisecondsTimeout, true );

}      }

它首先进入临界区（用以在多线程环境下保证活动线程数目的操作的正确性）判断当前活动线程的数目，如果有写线程(m_nActive<0)存在，则等待指定的时间并且等待的阅读线程数目加1。如果当前活动线程是读线程(m_nActive>=0)，则可以让读线程继续运行。

申请写入锁的函数原型为：public void AcquireWriterLock( int millisecondsTimeout )，其中的参数为等待调度的时间。函数定义如下：

public void AcquireWriterLock( int millisecondsTimeout )

{   

// m_mutext很快可以得到，以便进入临界区   

m_mutex.WaitOne( );

// 是否有活动线程存在

bool bNoActive = m_nActive == 0;

if( !bNoActive )

{  m_nWaitingWriters++;

}   else

{

m_nActive--;

}

m_mutex.ReleaseMutex();

//存储线程锁标志

System.LocalDataStoreSlot slot = Thread.GetNamedDataSlot( "myReaderWriterLockDataSlot" );

object obj = Thread.GetData( slot );   

LockFlags flag = LockFlags.None;  

if( obj != null )   

flag = (LockFlags)Thread.GetData( slot );   

if( flag == LockFlags.None )

{ Thread.SetData( slot, LockFlags.Writer );   

}  else

{  

Thread.SetData( slot, (LockFlags)((int)flag | (int)LockFlags.Writer ) );

}

//如果有活动线程，等待指定的时间

if( !bNoActive )

this.m_aeWriters.WaitOne( millisecondsTimeout, true );   

}

它首先进入临界区判断当前活动线程的数目，如果当前有活动线程存在，不管是写线程还是读线程（m_nActive），线程将等待指定的时间并且等待的写入线程数目加1，否则线程拥有写的权限。