白話併發衝突與線程同步(3)——Mutex、EventWaitHandle、AutoResetEvent 和 Manua (2012-05-18 13:16:12)

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     不過這熱氣是從實在的火裏發出來的呢，還是從他的愛情裏發出來的呢，他完全不知道。他的一切光彩現在都沒有了。這是因爲他在旅途中失去了呢，還是悲愁的結果，誰也說不出來。
                                                                                    ——安徒生
                                                                                          摘自《堅定的錫兵》
摘要

1-2-3 翻開那《葵花寶典》，只見頁首赫然寫着幾個大字：“欲練神功，必先自宮”，旁邊幾行歪歪扭扭的小字，又不知是哪位前輩高人所寫：“在WC裏佔蹲位的3種方法：1. 如果你只對某個蹲位情有獨鍾，就要WaitOne()，但是不要忘了ReleaseMutex()，千萬別WaitOne()兩次只 ReleaseMutex()一次（你幹這種佔着MK不LS的事，憋壞了後來的小朋友怎麼辦？就算沒有小朋友，憋壞了小貓小狗也不好啊……）；2. 如果你喜歡講排場，需要佔2個蹲位才肯辦事，則要WaitAll([蹲位1, 蹲位2])；3. 如果你覺得隨便去哪個蹲位辦事都無所謂，那就可以WaitAny([蹲位1, 蹲位2])……”。

Mutex的WaitOne()函數

前幾天1-2-3去黑木崖找東方不敗玩，聽到東方不敗抱怨說整天繡花眼睛好累呀，於是1-2-3就給東方不敗編了一個活動眼睛的程序。

class Program {     static void Main(string[] args)     {         // 爲截圖方便把窗體設小一點          Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30;          Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;                  Mutex mk = new Mutex(false, "my mutex");         for (int i = 0; i < 1000; i++)         {             mk.WaitOne();             for (int j = 0; j < 30; j++)             {                 Console.Write(">");                 Thread.Sleep(100);             }             mk.ReleaseMutex();             Thread.Sleep(500);         }     } }

接連運行此程序的兩個實例，把它們並排排放在一起（如下圖所示），即可看到箭頭從左邊的窗體“穿越”到右邊窗體的效果了。


是的，我們需要同步兩個進程（中的主線程），這個工作需要交給Mutex。Mutex和Monitor的概念十分相似，只不過Monitor是.net內建的線程同步機制，Mutex是封裝了Windows操作系統的線程同步機制；Monitor速度快，Mutex的速度要比Monitor慢很多；Monitor只能用於同步同一進程內的線程；Mutex則可以用於同步隸屬於不同進程的線程。

Mutex的WaitAll()函數

現在我們對WC進行了擴建，把mk增加到兩個，可是卻遇到了兩個講排場的進程，它們都要同時佔兩個mk才肯辦事，所以運行起來的效果和前一個程序一樣。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 爲截圖方便把窗體設小一點 
        Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30; 
        Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;
        
        Mutex mk1 = new Mutex(false, "my mutex1");
        Mutex mk2 = new Mutex(false, "my mutex2");
        Mutex[] mks = new Mutex[] { mk1, mk2 };

        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            Mutex.WaitAll(mks);
            for (int j = 0; j < 30; j++)
            {
                Console.Write(">");
                Thread.Sleep(100);
            }

            mk1.ReleaseMutex();
            mk2.ReleaseMutex();
            Thread.Sleep(500);
        }
    }
}

Mutex的WaitAny()函數 

看下這個小程序

1 class Program
2 {
3     static void Main(string[] args)
4     {
5         // 爲截圖方便把窗體設小一點 
6         Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30; 
7         Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;
8         
9         Mutex mk1 = new Mutex(false, "my mutex1");
10         Mutex mk2 = new Mutex(false, "my mutex2");
11         Mutex[] mks = new Mutex[] { mk1, mk2 };
12  
13         for (int i = 0; i < 1000; i++)
14         {
15             int index = Mutex.WaitAny(mks); // 返回值爲此進程佔用的mk在mks裏的index 
16             Console.Write("Index: " + index.ToString());
17             for (int j = 0; j < 30; j++)
18             {
19                 Console.Write(">");
20                 Thread.Sleep(100);
21             }
22  
23             mks[index].ReleaseMutex();
24             Thread.Sleep(new Random().Next(100, 3000));
25         }
26     }
27 }

如果同時運行此程序的兩個實例，正如本文摘要裏所寫的，只要mk1和mk2有一個是空閒的，進程就可以進去辦事，所以兩個進程可以同時輸出">"字符。注意程序的第24行，每個進程在輸出30個">"字符後都會隨機Sleep 100到3000毫秒，這樣就有可能出現mk1和mk2同時空閒的情況，所以就會出現一會兒進程1佔用mk1而進程2佔用mk2；一會兒進程1佔用mk2 而進程2佔用mk1的情況（在下圖分別用綠色和紅色波浪線標出）。


EventWaitHandle、AutoResetEvent 和 ManualResetEvent

EventWaitHandle的名字與Mutex差了很多，不過它可是Mutex不折不扣的兄弟——它和Mutex都是WaitHandle的子類，用法也差不多。下面這兩段程序實現了與本文的第一段程序相同的功能。

 
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 爲截圖方便把窗體設小一點 
        Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30;
        Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;

        EventWaitHandle mk = new EventWaitHandle(true, EventResetMode.AutoReset, "my mk");
        
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            mk.WaitOne();
            for (int j = 0; j < 30; j++)
            {
                Console.Write(">");
                Thread.Sleep(100);
             } 
            mk.Set();
            Thread.Sleep(500);
         } 
     } 
}

 
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 爲截圖方便把窗體設小一點 
        Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30;
        Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;

        EventWaitHandle mk = new EventWaitHandle(true, EventResetMode.ManualReset, "my mk");
        
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            mk.WaitOne();
            mk.Reset();   // 把這行去掉會咋樣？ 
            for (int j = 0; j < 30; j++)
            {
                Console.Write(">");
                Thread.Sleep(100);
             } 
            mk.Set();
            Thread.Sleep(500);
         } 
     } 
}

AutoResetEvent 和 ManualResetEvent 是 EventWaitHandle 的子類，功能都差不多，就不多說了。