有这样一个题目:四个线程t1,t2,t3,t4,向4个文件中写入数据,要求:t1只能写入“1”,t2只能写入“2”,t3只能写入“3”,t4只能写入“4”,对4个文件A,B,C,D写入如下内容:

  • A:123412341234.....
  • B:234123412341....
  • C:341234123412....
  • D:412341234123....

简单分析一下,对于A文件,t1写入“1”后,我们希望通知t2来写“2”,并且t1前往D文件等着去写“1”,以此类推。

1. 通过等待句柄实现

显然可以用等待句柄来实现,通知t2来写“2”相当于在一个等待句柄上调用 Set 方法,等待在D文件上写“1”相当于在另一等待句柄上调用了 WaitOne 方法,下边是利用4个 AutoResetEvent 来实现它:

class Program
{
private static List<StreamWriter> _sws; private static List<AutoResetEvent> _whs; private static void Main(string[] args)
{
var fileNames = new List<string> {"A", "B", "C", "D"}; // 创建或清空文件
fileNames.ForEach(name =>
{
if (!File.Exists(name))
File.Create(name).Close();
else
{
using (var sw = new StreamWriter(name))
sw.Write("");
}
}); _sws = fileNames.Select(File.AppendText).ToList(); // 为每个文件写入建立一个等待句柄
_whs = fileNames.Select(name => new AutoResetEvent(false)).ToList(); // 创建并启4个线程执行任务
var threads = new List<Thread> {
new Thread(() => Work()), new Thread(() => Work()), new Thread(() => Work()), new Thread(() => Work())
};
threads.ForEach(t => t.Start()); // 等待线程结束并关闭 StreamWrite
threads.ForEach(t => t.Join());
Console.WriteLine("任务完成!");
_sws.ForEach(sw => sw.Close());
} static void Work(int threadIndex)
{
var next = threadIndex - ;
// 为让程序能结束,就打印100次
for (int i = ; i < ; i++)
{
var wh = _whs[next];
var sw = _sws[next];
lock (sw)
{
sw.Write(threadIndex);
}
next = (next - ) < ? : next - ; WaitHandle.SignalAndWait(wh, _whs[next]); //在wh上发信号,并在下一个等待句柄上等待执行
}
}
}

上述例子中我们创建了4个线程来分别打印1,2,3,4,并且为每个文件的写入创建了4个等待句柄来进行信号通信。最后主线程在等待所有线程结束后,关闭文件流。为让程序能正常结束,在 Work 方法中就只循环写100次。

以t1(列表中第一个线程)为例,在A文件中打印1后,调用 WaitHandle.SignalAndWait(wh,wh[next]),即在wh上发信号通知可以接着写入了,并在下一个等待句柄上等待写入信号。

关于 SinalAndWait 的可以参见 Thread in C# 或者对应的 中文翻译 。

2. 通过 Barrier 类实现

除了通过等待句柄可以实现题目要求外,同样可以通过 Wait 和 Pulse 来实现。如果是FrameWork 4.0或更高的版本,可以通过 Barrier 类(它是建立在 Wait / Pulse 和自旋锁基础上的)更简单的实现这个题目。

class Program
{
private static Barrier _barrier; private static void Main(string[] args)
{
var fileNames = new List<string> { "A", "B", "C", "D" }; // 创建或清空文件
fileNames.ForEach(name =>
{
if (!File.Exists(name))
File.Create(name).Close();
else
{
using (var sw = new StreamWriter(name))
sw.Write("");
}
}); // 在_barrier上调用SignalAndWait的线程会被阻塞直到这个方法被调用4次
_barrier = new Barrier(); _sws = fileNames.Select(File.AppendText).ToList(); // 创建并启4个线程执行任务
var threads = new List<Thread> {
new Thread(() => Work()), new Thread(() => Work()), new Thread(() => Work()), new Thread(() => Work())
};
threads.ForEach(t => t.Start()); // 等待线程结束并关闭 StreamWrite
threads.ForEach(t => t.Join());
Console.WriteLine("任务完成!");
_sws.ForEach(sw => sw.Close());
} static void Work(int threadIndex)
{
var next = threadIndex - ;
for (int i = ; i < ; i++)
{
var sw = _sws[next];
lock (sw)
{
sw.Write(threadIndex);
}
_barrier.SignalAndWait();
next = (next - ) < ? : next - ;
}
}
}

使用了一个 Barrier 类来替代4个等待句柄,线程调用 SignalAndWait 后会阻塞,直到这个方法被调用4次。在这个例子中意味着4个线程总是在同步进行着打印,下图可以很好的解释 Barrier 类:

关于 Barrier 类,可以参见 Thread in C# 或者对应的 中文翻译 。

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