线程系列09,线程的等待、通知,以及手动控制线程数量

浏览数：20 / 时间：2015年06月08日

当一个线程直到收到另一个线程的通知才执行相关的动作，这时候，就可以考虑使用"事件等待句柄(Event Wait Handles)"。使用"事件等待句柄"主要用到3个类： AutoResetEvent, ManualResetEvent以及CountdownEvent(.NET 4.0以后才有)。本篇包括：

※ 一个线程等待另一个线程的通知
※ 2个线程互相通知等待
※ 一个线程等待队列中的多个任务通知
※ 手动控制线程的数量

□ 一个线程等待另一个线程的通知

最简单的情景是：发出信号的线程只发出一次通知，等待的线程收到通知也只做一次事情。等待的线程肯定有一个等待方法，发出信号的线程必须有一个发出信号的方法，AutoResetEvent类提供了相关方法。

    class Program
    {
        //true表示将初始状态设置为终止状态
        static EventWaitHandle _wait = new AutoResetEvent(false);
        static void Main(string[] args)
        {
            new Thread(Waiter).Start();
            Thread.Sleep(1000);
            _wait.Set();//发出指示
        }
        static void Waiter()
        {
            Console.WriteLine("一切准备就绪，等待指示！");
            _wait.WaitOne();
            Console.WriteLine("收到指示~~");
        }
    }

○ AutoResetEvent就像地铁入口的十字转门，有票插入，就让进，而且每次只让一个人进。
○ 当调用WaitOne方法，表示该线程已被阻塞，正在等待信号，就像十字转门旁等待进入的乘客。
○ 当调用Set方法，表示发出信号给等待线程，就像十字转门收到车票，乘客可以通过。

关于AutoResetEvent:
○ 还可通过这种方式创建AutoResetEvent实例：var auto = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset);
○ 如果调用了Set方法，却没有其它线程调用WaitOne方法，这个handle会一直存在
○ 如果调用Set方法多次，却有多个线程调用WaitOne方法，也只能让这些线程挨个接收信号，即每次只有一个线程接收信号
○ WaitOne还有几个接收时间间隔参数的重载方法，使用WaitOne(0)可以测试一个wait handle是否已经打开
○ GC自动回收wait handles

□ 2个线程互相通知等待

还有一种情形：发出信号的线程要发出多次通知，每一次需要确认等待线程收到后再发下一个通知。大概的过程就是：线程A第一次做事并发出通知，进入等待状态；线程B收到通知，发出通知，通知线程A，线程B进入等待状态；线程A收到线程B的通知，第二次做事并发出通知，进入等待状态......2个线程互相通知，每个线程既是发出信号者，也是等待者。借助AutoResetEvent类可以解决此需求。

    class Program
    {
        static EventWaitHandle _ready = new AutoResetEvent(false);
        static EventWaitHandle _go = new AutoResetEvent(false);
        static readonly object o = new object();
        private static string _msg;
        static void Main(string[] args)
        {
            new Thread(DoSth).Start();
            //第一次等待直到另外一个线程准备好
            _ready.WaitOne();
            lock (o)
            {
                _msg = "你好";
            }
            _go.Set();
            //第二次等待
            _ready.WaitOne();
            lock (o)
            {
                _msg = "吗";
            }
            _go.Set();
            //第三次
            _ready.WaitOne();
            lock (o)
            {
                _msg = null;
            }
            _go.Set();
        }
        static void DoSth()
        {
            while (true)
            {
                _ready.Set();
                _go.WaitOne();
                lock (o)
                {
                    if(_msg == null) return;
                    Console.WriteLine(_msg);
                }
            }
        }
    }

把Main方法中的线程称为主线程，把另一个线程称为工作线程，2个线程是这样工作的：

→主线程使用WaitOne方法第一次等待，说：“工作线程，我等在这里”

→工作线程使用Set方法，说：“主线程，我给你信号，你准备第一条信息吧”，并且又使用WaitOne方法让自己等待，就说：“主线程，我给你信号了，我等在这里，准备接收你的第一条信息”，再看看暂时还没有需要显示的信息，于是作罢

→主线程收到工作线程的信号，设置第一条信息，然后使用Set方法，说"工作线程，我的第一条信息给你，给你信号"，并且又使用WaitOne方法让自己第二次等待，说："工作线程，我给你信号了，我等在这里"

→工作线程又使用Set方法，说：“主线程，我给你信号，你去准备第二条信息吧”，并且又使用WaitOne方法让自己等待，就说：“主线程，我已经给你信号了，我等在这里，准备接收你的第二条信息”，再看看这时有需要显示的信息，就把信息打印了出来

→依次类推

□ 一个线程等待队列中的多个任务通知

当一个等待的线程，需要逐个执行多个任务，就可以把任务放在队列中。

通常把能实现实现上述需求的叫做"生产/消费队列"。所谓的"生产"是指能把多个任务放到队列中，所谓"消费"是指当任务逐一出列，再执行该任务。

    class ProducerConsumerQueue : IDisposable
    {
        EventWaitHandle _ewh = new AutoResetEvent(false);
        private Thread _worker; //等待线程
        private readonly object _locker = new object();
        Queue<string> _tasks = new Queue<string>();//任务队列
        public ProducerConsumerQueue()
        {
            _worker = new Thread(Work);
            _worker.Start();
        }
        //任务进入队列
        public void EnqueueTask(string task)
        {
            lock (_locker)
            {
                _tasks.Enqueue(task);
            }
            //任务一旦进入队列就发出信号
            _ewh.Set();
        }
        void Work()
        {
            while (true)
            {
                //从队列中获取task
                string task = null;
                lock (_locker)
                {
                    if (_tasks.Count > 0)
                    {
                        task = _tasks.Dequeue();
                        if(task == null) return;
                    }
                }
                //如果task不为null，模拟执行task
                if (task != null)
                {
                    Console.WriteLine("正在执行线程任务 " + task);
                    Thread.Sleep(1000); //模拟线程执行的过程
                }
                else//如果taks为null
                {
                    _ewh.WaitOne();//等待信号
                }
            }
        }
        public void Dispose()
        {
            EnqueueTask(null); //发出信号让消费线程退出
            _worker.Join();//让消费线程借宿
            _ewh.Close();//释放event wait handle
        }
    }

○ EnqueueTask方法，让任务进入队列，每个进入队列的任务使用Set方法发出通知，产生任务的过程就是所谓的"生产"
○ Wokr方法，在没有task的时候，使用WaitOne方法一直等待；当任务出列，就执行任务，执行任务的过程就是所谓的"消费"
○ 构造函数创建、启动等待线程，让等待线程一直工作者(通过无限循环)

客户端调用。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            using (ProducerConsumerQueue q = new ProducerConsumerQueue())
            {
                q.EnqueueTask("hello");
                for (int i = 0; i < 3; i++)
                {
                    q.EnqueueTask("报数" + i);
                }
                q.EnqueueTask("world");
            }
        }
    }

□ 手动控制线程的数量

■ 使用ManualResetEvent

如果把AutoResetEvent比作地铁入口的十字转门，一次只能允许一个人进入；ManualResetEvent可看作公司门卫，上班时间到，打开门可以让多人进入。ManualResetEvent的Set方法就如同开门，任意多个线程可以进入，Reset方法如同关门，线程从此不能再进入。

创建ManualResetEvent实例有2种方式：

var manual1 = new ManualResetEvent (false);
var manual2 = new EventWaitHandle (false, EventResetMode.ManualReset);

以下是EventWaitHandle的一个简单应用：

    class Program
    {
        static EventWaitHandle handle = new ManualResetEvent(false);
        static void Main(string[] args)
        {
            handle.Set();
            new Thread(SaySth).Start("Hello");
            new Thread(SaySth).Start("World");
            Thread.Sleep(2000);
            handle.Reset();
            new Thread(SaySth).Start("Again");
        }
        static void SaySth(object data)
        {            
            handle.WaitOne();
            Console.WriteLine("我想说的是：" + data);
        }
    }

○ Set方法，相当于开门，其后面的2个线程有效
○ Reset方法，相当于关门，其后面的1个线程无效

■ 使用CountdownEvent

CountdownEvent也可以看作公司门卫，只不过，上班时间到，规定只允许若干个人进去。

    class Program
    {
        static CountdownEvent _countdown = new CountdownEvent(2);
        static void Main(string[] args)
        {
            new Thread(SaySth).Start("1");
            new Thread(SaySth).Start("2");           
        }
        static void SaySth(object o)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            Console.WriteLine(o);
            _countdown.Signal();
        }
    }