C#의 스레드 동기화 코드에 대한 자세한 소개

이 글에서는 주로 C#의 스레드 동기화 관련 지식을 소개합니다. 아주 좋은 참고값을 가지고 있으니 아래 에디터로 살펴보자

서문

스레드풀에 있는 스레드가 차단되면 스레드풀이 추가 스레드를 생성하고 스레드를 생성, 삭제 및 예약하려면 상당히 비싼 메모리 리소스가 필요합니다. 또한 많은 개발자는 프로그램 스레드가 유용한 작업을 수행하지 않는 것을 볼 때 더 많은 스레드를 생성하는 데 익숙합니다. 반응형 프로그램에서는

이전에 C# 비동기 프로그래밍에 대한 자세한 설명을 소개했습니다. 그러나 비동기 프로그래밍에는 두 개의 서로 다른 스레드가 동일한 변수 및 데이터에 액세스하는 경우에도 비동기 함수 구현에 따라 심각한 문제가 있습니다. 아니요 동일한 데이터에 동시에 액세스하는 두 개의 스레드가 있을 수 있습니다. 이 경우 스레드 동기화가 필요합니다. 여러 스레드가 동시에 공유 데이터에 액세스하는 경우 스레드 동기화를 통해 데이터 손상을 방지할 수 있습니다. 동시성 개념이 강조되는 이유는 스레드 동기화의 본질이 타이밍 문제이기 때문입니다.

비동기와 동기는 상대적입니다. 동기화는 하나를 실행한 후 다음 작업을 실행하는 것을 의미하며 대기 및 조정 작업이 필요합니다. 비동기식은 서로 독립적이며 이벤트를 기다리는 동안 계속해서 자체 작업을 수행한다는 의미입니다. 다시 작업하기 전에 이벤트가 완료될 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 스레드는 비동기를 달성하는 방법입니다. 비동기란 메서드를 호출하는 기본 스레드가 다른 스레드가 동기적으로 완료될 때까지 기다릴 필요가 없으므로 기본 스레드가 다른 작업을 수행할 수 있음을 의미합니다.

기본 사용자 모드 및 커널 모드 구성

기본 개념

기본: 예 코드에 사용되는 간단한 구성

사용자 모드: 특수 CPU 명령을 통해 스레드를 조정함으로써 운영 체제는 기본 사용자 모드 구성에서 스레드 차단을 감지하지 않습니다.

커널 모드: Windows 자체에서 제공하며, 커널에서 구현한 기능을 애플리케이션 스레드에서 호출합니다.

사용자 모드 구성

휘발성 구성

C# 컴파일러, JIT 컴파일러 및 CPU는 코드를 최적화하고 우리의 의도가 유지되도록 노력합니다. 그러나 멀티스레딩 관점에서 보면 우리의 의도가 반드시 유지되지는 않을 수도 있습니다.

 static void Main(string[] args)
 {
 Console.WriteLine("让worker函数运行5s后停止");
 var t = new Thread(Worker);
 t.Start();
 Thread.Sleep(5000);
 stop = true;
 Console.ReadLine();
 }
 private static bool stop = false;
 private static void Worker(object obj)
 {
 int x = 0;
 while (!stop)
 {
 x++;
 }
 Console.WriteLine("worker函数停止x=｛0｝",x);
 }

컴파일러가 stop이 false인 것을 확인하면 무한 루프에 들어가는 코드를 생성하고 루프에서 x를 계속 증가시키므로 루프는 다음과 같습니다. 최적화 빠르게 완료되지만 컴파일러는 매번 중지를 감지하지 않고 한 번만 중지를 감지합니다.

예 2---두 개의 스레드가 동시에 액세스:

class test
 {
 private static int m_flag = 0;
 private static int m_value = 0;
 public static void Thread1(object obj)
 {
 m_value = 5;
 m_flag = 1;
 }
 public static void Thread2(object obj)
 {
 if (m_flag == 1)
 Console.WriteLine("m_value = {0}", m_value);
 }
 //多核CPU机器才会出现线程同步问题
 public void Exec()
 {
 var thread1 = new Thread(Thread1);
 var thread2 = new Thread(Thread2);
 thread1.Start();
 thread2.Start();
 Console.ReadLine();
 }
 }

프로그램이 실행될 때 컴파일러는 변수 m_flag 및 m_value를 변경해야 합니다. RAM에서 CPU 레지스터를 읽습니다. RAM은 먼저 m_value 0의 값을 전송하고 thread1은 값을 5로 변경합니다. 그러나 thread2는 thread2가 여전히 값을 0으로 생각한다는 것을 모릅니다. 일반적으로 이 문제는 다음에서 발생할 가능성이 더 높습니다. 멀티 코어 CPU는 CPU가 많을수록 여러 스레드가 동시에 리소스에 액세스할 가능성이 커집니다.

휘발성 키워드는 C# 컴파일러, JTP 컴파일러 및 CPU에서 수행되는 일부 최적화를 비활성화합니다. 변수에 적용하면 필드가 CPU 레지스터에 캐시되는 것이 허용되지 않으므로 읽기 및 쓰기가 보장됩니다. 필드는 RAM에서 수행하는 것이 안전합니다.

연동 구성

System.Threading.Interlocked 클래스의 각 메서드는 Interlocked 메서드를 호출하기 전에 원자성 읽기 및 쓰기 작업을 수행합니다. 이 호출 전에 모든 변수 쓰기가 수행됩니다. Interlocked 메서드에 연결하고 호출 이후에 읽는 모든 변수는 이 호출 후에 수행됩니다.

Interlocked 메서드는 주로 Add, Decrement, Compare, Exchange, CompareChange 및 기타 메서드와 같은 INT32 변수에 대해 정적 작업을 수행하고 개체, Double 및 기타 유형의 매개 변수도 허용합니다.

원자적 작업: 스레드 스케줄링 메커니즘에 의해 중단되지 않는 작업을 말합니다. 이 작업이 시작되면 중간에 컨텍스트 전환(다른 스레드로 전환) 없이 끝까지 실행됩니다.

코드 데모:

설명: Interlocked 메소드를 통해 여러 웹 서버에 비동기적으로 쿼리하고 동시에 데이터를 반환하며 결과는 한 번만 실행됩니다.

//上报状态类型
 enum CoordinationStatus
 {
 Cancel,
 Timeout,
 AllDone
 }

class AsyncCoordinator
 {
 //AllBegun 内部调用JustEnded来递减它
 private int _mOpCount = 1;
 //0=false,1=true
 private int _mStatusReported = 0;
 private Action<CoordinationStatus> _mCallback;
 private Timer _mTimer;
 //发起一个操作之前调用
 public void AboutToBegin(int opsToAdd = 1)
 {
 Interlocked.Add(ref _mOpCount, opsToAdd);
 }
 //处理好一个操作的结果之后调用
 public void JustEnded()
 {
 if (Interlocked.Decrement(ref _mOpCount) == 0)
 {
 ReportStatus(CoordinationStatus.AllDone);
 } 
 }
 //该方法必须在发起所有操作后调用
 public void AllBegin(Action<CoordinationStatus> callback, int timeout = Timeout.Infinite)
 {
 _mCallback = callback;
 if (timeout != Timeout.Infinite)
 {
 _mTimer = new Timer(TimeExpired, null, timeout, Timeout.Infinite);
 JustEnded();
 }
 }
 private void TimeExpired(object o)
 {
 ReportStatus(CoordinationStatus.Timeout);
 }
 public void Cancel()
 {
 ReportStatus(CoordinationStatus.Cancel);
 }
 private void ReportStatus(CoordinationStatus status)
 {
 //如果状态从未报告过，就报告它，否则就忽略它，只调用一次
 if (Interlocked.Exchange(ref _mStatusReported, 1) == 0)
 {
 _mCallback(status);
 } 
 }
 }

class MultiWebRequest
 {
 //辅助类 用于协调所有的异步操作
 private AsyncCoordinator _mac = new AsyncCoordinator();
 protected Dictionary<string,object> _mServers = new Dictionary<string, object>
 {
 {"http://www.baidu.com",null},{"http://www.Microsoft.com",null},{"http://www.cctv.com",null},
 {"http://www.souhu.com",null},{"http://www.sina.com",null},{"http://www.tencent.com",null},
 {"http://www.youku.com",null}
 };
 private Stopwatch sp;
 public MultiWebRequest(int timeout = Timeout.Infinite)
 {
 sp = new Stopwatch();
 sp.Start();
 //通过异步方式一次性发起请求
 var httpclient = new HttpClient();
 foreach (var server in _mServers.Keys)
 {
 _mac.AboutToBegin(1);
 httpclient.GetByteArrayAsync(server).ContinueWith(task => ComputeResult(server, task));
 }
 _mac.AllBegin(AllDone,timeout);
 Console.WriteLine("");
 }
 private void ComputeResult(string server, Task<Byte[]> task)
 {
 object result;
 if (task.Exception != null)
 {
 result = task.Exception.InnerException;
 }
 else
 {
 //线程池处理IO
 result = task.Result.Length;
 }
 //保存返回结果的长度
 _mServers[server] = result;
 _mac.JustEnded();
 }
 public void Cancel()
 {
 _mac.Cancel();
 }
 private void AllDone(CoordinationStatus status)
 {
 sp.Stop();
 Console.WriteLine("响应耗时总计{0}",sp.Elapsed);
 switch (status)
 {
 case CoordinationStatus.Cancel:
  Console.WriteLine("操作取消");
  break;
 case CoordinationStatus.AllDone:
  Console.WriteLine("操作完成，完成的结果如下");
  foreach (var server in _mServers)
  {
  Console.WriteLine("{0}",server.Key);
  object result = server.Value;
  if (result is Exception)
  {
  Console.WriteLine("错误原因{0}",result.GetType().Name);
  }
  else
  {
  Console.WriteLine("返回字节数为：{0}",result);
  }
  }
  break;
 case CoordinationStatus.Timeout:
  Console.WriteLine("操作超时");
  break;
 default:
  throw new ArgumentOutOfRangeException("status", status, null);
 }
 }
 }

다음을 적극 권장합니다. 당신은 그것을 참조합니다. 위의 코드에서는 서버에 접근할 때 이 모델을 자주 참조합니다.

간단한 스핀 잠금

class SomeResource
 {
 private SimpleSpinLock s1 = new SimpleSpinLock();
 public void AccessResource()
 {
 s1.Enter();
 //一次是有一个线程才能进入访问
 s1.Leave();
 }
 }
 class SimpleSpinLock
 {
 private int _mResourceInUse;
 public void Enter()
 {
 while (true)
 {
 if(Interlocked.Exchange(ref _mResourceInUse,1)==0)
  return;
 }
 }
 public void Leave()
 {
 Volatile.Write(ref _mResourceInUse,1);
 }
 }

이 잠금은 스레드 동기화 잠금의 간단한 구현입니다. 경쟁이 있으면 스레드가 "회전"하게 되어 CPU의 귀중한 시간이 낭비되고 CPU가 더 많은 작업을 수행하지 못하게 된다는 것입니다. 따라서 매우 빠르게 실행되는 코드를 보호하려면 이 스핀 잠금을 사용해야 합니다.

위 내용은 C#의 스레드 동기화 코드에 대한 자세한 소개입니다. 더 많은 관련 내용은 PHP 중국어 홈페이지(www.php.cn)를 참고해주세요!