Герберт Шилдт - C# 4.0: полное руководство

Прежде чем переходить к чтению следующего раздела, убедитесь сами, если, конечно, сомневаетесь, в том, что следует обязательно вызывать методы Wait()и Pulse(), чтобы имитируемые часы шли правильно. Для этого подставьте приведенный ниже вариант класса TickTockв рассматриваемую здесь программу. В этом варианте все вызовы методов Wait()и Pulse()исключены.

// Нерабочий вариант класса TickTock.

class TickTock {

object lockOn = new object();

public void Tick(bool running) {

lock(lockOn) {

if (!running) { // остановить часы

return;

}

Console.Write("тик ") ;

}

}

public void Tock (bool running) {

lock(lockOn) {

if(!running) { // остановить часы

return;

}

Console.Write("так ") ;

}

}

}

После этой подстановки результат выполнения данной программы будет выглядеть следующим образом.

тик так так так так так тик тик тик тик Часы остановлены

Очевидно, что методы Tick()и Tock()больше не синхронизированы!

При разработке многопоточных программ следует быть особенно внимательным, чтобы избежать взаимоблокировки и состояний гонок. Взаимоблокировка, как подразумевает само название, — это ситуация, в которой один поток ожидает определенных действий от другого потока, а другой поток, в свою очередь, ожидает чего-то от первого потока. В итоге оба потока приостанавливаются, ожидая друг друга, и ни один из них не выполняется. Эта ситуация напоминает двух слишком вежливых людей, каждый из которых настаивает на том, чтобы другой прошел в дверь первым!

На первый взгляд избежать взаимоблокировки нетрудно, но на самом деле не все так просто, ведь взаимоблокировка может возникать окольными путями. В качестве примера рассмотрим класс TickTockиз предыдущей программы. Как пояснялось выше, в отсутствие завершающего вызова метода Pulse()из метода Tick()или Tock()тот или другой будет ожидать до бесконечности, что приведет к "зависанию" программы вследствие взаимоблокировки. Зачастую причину взаимоблокировки не так-то просто выяснить, анализируя исходный код программы, поскольку параллельно действующие процессы могут взаимодействовать довольно сложным образом во время выполнения. Для исключения взаимоблокировки требуется внимательное программирование и тщательное тестирование. В целом, если многопоточная программа периодически "зависает", то наиболее вероятной причиной этого является взаимоблокировка.

Состояние гонки возникает в том случае, когда два потока или больше пытаются одновременно получить доступ к общему ресурсу без должной синхронизации. Так, в одном потоке может сохраняться значение в переменной, а в другом — инкрементироваться текущее значение этой же переменной. В отсутствие синхронизации конечный результат будет зависеть от того, в каком именно порядке выполняются потоки: инкрементируется ли значение переменной во втором потоке или же оно сохраняется в первом. О подобной ситуации говорят, что потоки "гоняются друг за другом", причем конечный результат зависит от того, какой из потоков завершится первым. Возникающее состояние гонок, как и взаимоблокировку, непросто обнаружить. Поэтому его лучше предотвратить, синхронизируя должным образом доступ к общим ресурсам при программировании.

Метод может быть полностью синхронизирован с помощью атрибута MethodlmplAttribute. Такой подход может стать альтернативой оператору lockв тех случаях, когда метод требуется заблокировать полностью. Атрибут MethodlmplAttгibuteопределен в пространстве имен System.Runtime.CompilerServices. Ниже приведен конструктор, применяемый для подобной синхронизации:

public MethodlmplAttribute(MethodlmplOptions methodlmplOptions)

где methodlmplOptions обозначает атрибут реализации. Для синхронизации метода достаточно указать атрибут MethodlmplOptions.Synchronized. Этот атрибут вызывает блокировку всего метода для текущего экземпляра объекта, доступного по ссылке this. Если же метод относится к типу static, то блокируется его тип. Поэтому данный атрибут непригоден для применения в открытых объектах или классах.

Ниже приведена еще одна версия программы, имитирующей тиканье часов, с переделанным вариантом класса TickTock, в котором атрибут MethodlmplOptionsобеспечивает должную синхронизацию.

// Использовать атрибут MethodlmplAttribute

// для синхронизации метода.

using System;

using System.Threading;

using System.Runtime.CompilerServices;

//Вариант класса TickTock, переделанный с целью

// использовать атрибут MethodlmplOptions.Synchronized,

class TickTock {

/* Следующий атрибут полностью синхронизирует метод Tick(). */

[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]

public void Tick(bool running) {

if (!running) { // остановить часы

Monitor.Pulse(this); // уведомить любые ожидающие потоки

return;

}

Console.Write("тик ");

Monitor.Pulse(this); // разрешить выполнение метода Tock()

Monitor.Wait(this); // ожидать завершения метода Tock()

}

/* Следующий атрибут полностью синхронизирует метод Тоск(). */

[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]

public void Tock(bool running) {

if (!running) { // остановить часы

Monitor.Pulse(this); // уведомить любые ожидающие потоки

return;

}

Console.WriteLine("так");

Monitor.Pulse(this); // разрешить выполнение метода Tick()

Monitor.Wait(this); // ожидать завершения метода Tick()

}

}

class MyThread {

public Thread Thrd;

TickTock ttOb;

// Сконструировать новый поток.

public MyThread(string name, TickTock tt) {

Thrd = new Thread(this.Run);

ttOb = tt;

Thrd.Name = name;

Thrd.Start();

}

// Начать выполнение нового потока,

void Run() {

if (Thrd.Name == "Tick") {

for (int i = 0; i < 5; i++) ttOb.Tick(true);

ttOb.Tick(false);

}

else {

for (int i = 0; i < 5; i++) ttOb.Tock(true);