C#多线程安全怎么理解

魁首哥

作者

C#多线程安全怎么理解

这篇文章主要介绍“C#多线程安全怎么理解”，在日常操作中，相信很多人在C#多线程安全怎么理解问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”C#多线程安全怎么理解”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！

什么是多线程安全？

一段程序，单线程和多线程执行结果不一致，就表示存在多线程安全问题，即多线程不安全。

多线程安全示例

1. 多线程不安全示例1

假如我们有一个需求，需要输出5个线程，且线程序号按0-4命名，我们编写代码如下：

privatevoidbtnTask1_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");for(inti=0;i<5;i++){Task.Run(()=>{Console.WriteLine($"【BEGIN】**************这是第{i}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine($"【END】**************这是第{i}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");});}Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

然后运行示例，如下所示：

通过对以上示例进行分析，得出结论如下：

1.在for循环中，启动的5个线程，线程序号都是5，并没有按照我们预期的结果【0,1,2,3,4】进行输出。

2.经过分析发现，因为for循环中，i是同一个变量，线程启动是异步进行的，存在延迟，当线程启动时，for循环已经结束，i的值为5，所以才导致线程序号和预期不一致。

为了解决上述问题，可以通过引入局部变量来解决，即每次循环声明一个变量，循环5次，存在5个变量，则相互之间不会覆盖。如下所示：

privatevoidbtnTask1_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");for(inti=0;i<5;i++){intk=i;Task.Run(()=>{Console.WriteLine($"【BEGIN】**************这是第{k}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine($"【END】**************这是第{k}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");});}Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

运行优化后的示例，如下所示：

通过运行示例发现，局部变量可以解决相应的问题。

2. 多线程不安全示例2

假如我们有一个需求：将0到200增加到一个列表中，采用多线程来实现，如下所示：

privatevoidbtnTask2_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");List<int>list=newList<int>();List<Task>tasks=newList<Task>();for(inti=0;i<200;i++){tasks.Add(Task.Run(()=>{list.Add(i);}));}Task.WaitAll(tasks.ToArray());stringres=string.Join(",",list);Console.WriteLine($"列表长度：{list.Count}，列表内容：{res}");Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

通过运行示例，如下所示：

通过对以上示例进行分析，得出结论如下：

1.列表的记录条数不对，会少。

2.列表的元素内容与预期的内容不一致。

针对上述问题，采用中间局部变量的方式，可以解决吗？不妨一试，修改后的代码如下：

privatevoidbtnTask2_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");List<int>list=newList<int>();List<Task>tasks=newList<Task>();for(inti=0;i<200;i++){intk=i;tasks.Add(Task.Run(()=>{list.Add(k);}));}Task.WaitAll(tasks.ToArray());stringres=string.Join(",",list);Console.WriteLine($"列表长度：{list.Count}，列表内容：{res}");Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

运行优化示例，如下所示：

通过运行上述示例，得出结论如下：

1.列表长度依然不对，会小于实际单一线程的长度。注意：多线程列表长度不是一定会小于单一线程运行时列表长度，只是存在概率，即多个线程存在同时写入一个位置的概率。

2.列表内容，采用局部变量，可以解决部分问题。

由此可以得出List不是线程安全的数据类型。

加锁lock

针对多线程的不安全问题，可以通过加锁进行解决，加锁的目的：在任意时刻，加锁块都之允许一个线程访问。

加锁原理

lock实际是一个语法糖，实际效果等同于Monitor。锁定的是引用对象的一个内存地址引用。所以锁定对象不可以是值类型，也不可以是null，只能是引用类型。

lock对象的标准写法：默认情况下，锁对象是私有，静态，只读，引用对象。如下所示：

///<summary>///定义一个锁对象///</summary>privatestaticreadonlyobjectobj=newobject();

然后优化程序，如下所示：

privatevoidbtnTask2_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");List<int>list=newList<int>();List<Task>tasks=newList<Task>();for(inti=0;i<200;i++){intk=i;tasks.Add(Task.Run(()=>{lock(obj){list.Add(k);}}));}Task.WaitAll(tasks.ToArray());stringres=string.Join(",",list);Console.WriteLine($"列表长度：{list.Count}，列表内容：{res}");Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

运行优化后的示例，如下所示：

通过对上述示例进行分析，得出结论如下：

1.加锁后，列表在多线程下也变成安全，符合预期的要求。

2.但是由于加锁的原因，同一时刻，只能由一个线程进入，其他线程就会等待，所以多线程也变成了单线程。

为何锁对象要用私有类型？

标准写法，锁对象是私有类型，目的是为了避免锁对象被其他线程使用，如果被使用，则会相互阻塞，如下所示：

假如，现在有一个锁对象，在TestLock中使用，如下所示：

publicclassTestLock{publicstaticreadonlyobjectObj=newobject();publicvoidShow(){Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show**************");for(inti=0;i<5;i++){intk=i;Task.Run(()=>{lock(Obj){Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第{k}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine($"【END】*********T*****这是第{k}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");}});}Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show**************");}}

同时在FrmMain中使用，如下所示：

privatevoidbtnTask3_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask3_Click**************");//类对象中多线程TestLock.Show();//主方法中多线程for(inti=0;i<5;i++){intk=i;Task.Run(()=>{lock(TestLock.Obj){Console.WriteLine($"【BEGIN】*********M*****这是第{k}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine($"【END】*********M*****这是第{k}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");}});}Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask3_Click**************");}

运行上述示例，如下所示：

通过上述示例，得出结论如下：

1.T和M是成对相邻，且各代码块交互出现。

2.多个代码块，共用一把锁，是会相互阻塞的。这也是为啥不建议使用public修饰符的原因，避免被不恰当的加锁。

如果使用不同的锁对象，多个代码块之间是可以并发的【T和M是不成对，且不相邻出现，但是有同一代码块的内部顺序】，效果如下：

为什么锁对象要用static类型？

假如对象不是static类型，那么锁对象就是对象属性，不同的对象之间是相互独立的，所以不同通对象调用相同的方法，就会存在并发的问题，如下所示：

修改TestLock代码【去掉static】，如下所示：

publicclassTestLock{publicreadonlyobjectObj=newobject();publicvoidShow(stringname){Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name);for(inti=0;i<5;i++){intk=i;Task.Run(()=>{lock(Obj){Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第{k}--{name}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine($"【END】*********T*****这是第{k}--{name}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");}});}Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name);}}

声明两个对象，分别调用Show方法，如下所示：

privatevoidbtnTask4_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask3_Click**************");TestLocktestLock1=newTestLock();testLock1.Show("first");TestLocktestLock2=newTestLock();testLock2.Show("second");Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask3_Click**************");}

测试示例，如下所示：

通过以上示例，得出结论如下：

非静态锁对象，只在当前对象内部进行允许同一时刻只有一个线程进入，但是多个对象之间，是相互并发，相互独立的。所以建议锁对象为static对象。

加锁锁定的是什么？

在lock模式下，锁定的是内存引用地址，而不是锁定的对象的值。假如将Form的锁对象的类型改为字符串，如下所示：

///<summary>///定义一个锁对象///</summary>privatestaticreadonlystringobj="花无缺";

同时TestLock类的锁对象也改为字符串，如下所示：

publicclassTestLock{privatestaticreadonlystringobj="花无缺";publicstaticvoidShow(stringname){Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name);for(inti=0;i<5;i++){intk=i;Task.Run(()=>{lock(obj){Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第{k}--{name}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine($"【END】*********T*****这是第{k}--{name}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");}});}Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name);}}

运行上述示例，结果如下：

通过上述示例，得出结论如下：

1.字符串是一种特殊的锁类型，如果字符串的值一致，则认为是同一个锁对象，不同对象之间会进行阻塞。因为string类型是享元的，在内存堆里面只有一个花无缺。

2.如果是其他类型，则是不同的锁对象，是可以相互并发的。

3.说明锁定的是内存引用地址，而非锁定对象的值。

泛型锁对象

如果TestLock为泛型类，如下所示：

1publicclassTestLock<T>2{3privatestaticreadonlyobjectobj=newobject();45publicstaticvoidShow(stringname)6{78Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name);910for(inti=0;i<5;i++)11{12intk=i;13Task.Run(()=>14{15lock(obj)16{17Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第{k}--{name}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");18Thread.Sleep(2000);19Console.WriteLine($"【END】*********T*****这是第{k}--{name}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");20}21});22}2324Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name);25}26}

那么在调用时，会相互阻塞吗？调用代码如下：

privatevoidbtnTask5_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask5_Click**************");TestLock<int>.Show("AA");TestLock<string>.Show("BB");Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask5_Click**************");}

运行上述示例，如下所示：

通过分析上述示例，得出结论如下所示：

1.对于泛型类，不同类型参数之间是可以相互并发的，因为泛型类针对不同类型参数会编译成不同的类，那对应的锁对象，会变成不同的引用类型。

2.如果锁对象为字符串类型，则也是会相互阻塞的，只是因为字符串是享元模式。

3.泛型T的不同，会编译成不同的副本。

递归加锁

如果在递归函数中进行加锁，会造成死锁吗？示例代码如下：

privatevoidbtnTask6_Click(objectsender,EventArgse){Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask6_Click**************");this.add(1);Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask6_Click**************");}privateintnum=0;privatevoidadd(intindex){this.num++;Task.Run(()=>{lock(obj){Console.WriteLine($"【BEGIN】**************这是第{num}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine($"【END】**************这是第{num}个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");if(num<5){this.add(index);}}});}

运行上述示例，如下所示：