C# 多线程编程第二步——线程同步与线程安全

上一篇博客学习了如何简单的使用多线程。其实普通的多线程确实很简单，但是一个安全的高效的多线程却不那么简单。所以很多时候不正确的使用多线程反倒会影响程序的性能。
下面先看一个例子 ：

class Program
    {
        static int num = 1;
        static void Main(string[] args)
        {
            Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();
            //开始计时
            stopWatch.Start();
            ThreadStart threadStart = new ThreadStart(Run);
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Thread thread = new Thread(threadStart);
                thread.Start();
            }
            num++;
            Console.WriteLine("num is:" + num);
            Console.WriteLine("Main thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
            //停止计时
            stopWatch.Stop();
            //输出执行的时间，毫秒数
            Console.WriteLine("The execution time is " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds.");
            Console.ReadKey();
        }
        public static void Run()
        {
            num++;
            Console.WriteLine("num is:" + num);
            Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        }
    }

执行结果：

从上面可以看出变量 num 的值不是连续递增的，输出也是没有顺序的，而且每次输出的值都是不一样的，这是因为异步线程同时访问一个成员时造成的，所以这样的多线程对于我们来说是不可控的。以上这个例子就是非线程安全的，那么要做到线程安全就需要用到线程同步。线程同步有很多种方法，比如之前用到过的 Join() 方法，它也可以实现线程的同步。下面我们来试试：

class Program
    {
        static int num = 1;
        static void Main(string[] args)
        {
            Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();
            //开始计时
            stopWatch.Start();
            ThreadStart threadStart = new ThreadStart(Run);
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Thread thread = new Thread(threadStart);
                thread.Start();
                thread.Join();
            }
            num++;
            Console.WriteLine("num is:" + num);
            Console.WriteLine("Main thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
            //停止计时
            stopWatch.Stop();
            //输出执行的时间，毫秒数
            Console.WriteLine("The execution time is " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds.");
            Console.ReadKey();
        }
        public static void Run()
        {
            num++;
            Console.WriteLine("num is:" + num);
            Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        }
    }

执行结果：

这样就实现了简单的同步，相比起上面的代码也就只是添加了一行代码（thread.Join();），之前也提到了 Join() 这个方法用于阻止当前线程，直到前面的线程执行完成。可是这样虽然是实现了同步，但是却也阻塞了主线程的继续执行，这样和单线程貌似没什么区别了。既然这样我们再去学习一下其他的方法。
实现线程同步还有一种锁的机制，下面是一种最简单的锁机制，即使用 lock。如下：

class Program
    {
        private object locker = new object();
        int num = 1;
        static void Main(string[] args)
        {
            Program program = new Program();
            Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();
            //开始计时
            stopWatch.Start();
            ThreadStart threadStart = new ThreadStart(program.Run);
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Thread thread = new Thread(threadStart);
                thread.Start();
            }
            program.num++;
            Console.WriteLine("num is:" + program.num);
            Console.WriteLine("Main thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
            //停止计时
            stopWatch.Stop();
            //输出执行的时间，毫秒数
            Console.WriteLine("The execution time is " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds.");
            Console.ReadKey();
        }
        public void Run()
        {
            lock (locker)
            {
                num++;
                Console.WriteLine("num is:" + num);
                Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
            }
        }
    }

执行结果：

lock 是一种比较好用的简单的线程同步方式，它是通过为给定对象获取互斥锁来实现同步的。可以看到这种方式的确没有阻塞主线程，而且成员变量的值也是连续递增的，说明是线程安全的。lock 锁机制表示在同一时刻只有一个线程可以锁定同步对象（在这里是locker），任何竞争的的其它线程都将被阻止，直到这个锁被释放。
lock 的参数必须是基于引用类型的对象，不要是基本类型，比如 bool、int，这样根本不能同步，原因是lock的参数要求是对象，如果传入 int，势必要发生装箱操作，这样每次lock的都将是一个新的不同的对象。最好避免使用public类型或不受程序控制的对象实例，因为这样很可能导致死锁。永远也不要 lock 一个字符串。

暂时先到这里，后面学了其他方法在继续更新。