重新想象 Windows 8 Store Apps (47) - 多线程之线程同步: Semaphore, CountdownEvent, Barrier, ManualResetEvent, AutoResetEvent

2021-11-18 10:53:32

原文:重新想象 Windows 8 Store Apps (47) - 多线程之线程同步: Semaphore, CountdownEvent, Barrier, ManualResetEvent, AutoResetEvent

作者：webabcd

介绍
重新想象 Windows 8 Store Apps 之线程同步

Semaphore - 信号量
CountdownEvent - 通过信号数量实现线程同步
Barrier - 屏障
ManualResetEvent - 手动红绿灯
AutoResetEvent - 自动红绿灯

示例
1、演示 Semaphore 的使用
Thread/Lock/SemaphoreDemo.xaml

<Page
    x:Class="XamlDemo.Thread.Lock.SemaphoreDemo"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    xmlns:local="using:XamlDemo.Thread.Lock"
    xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
    xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
    mc:Ignorable="d">

    <Grid Background="Transparent">
        <StackPanel Margin="120 0 0 0">

            <TextBlock Name="lblMsg" FontSize="14.667" />

        </StackPanel>
    </Grid>
</Page>

Thread/Lock/SemaphoreDemo.xaml.cs

/*
 * 演示 Semaphore 的使用
 * 
 * Semaphore - 信号量
 * SemaphoreSlim - 轻量级的 Semaphore
 * 
 * 注：
 * 直译 Semaphore 的话不太好理解，可以将 Semaphore 理解为一个许可证中心，该许可证中心的许可证数量是有限的
 * 线程想要执行就要先从许可证中心获取一个许可证（如果许可证中心的许可证已经发完了，那就等着，等着其它线程归还许可证），执行完了再还回去
 */

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Lock
{
    public sealed partial class SemaphoreDemo : Page
    {
        /*
         * Semaphore(int initialCount, int maximumCount, string name)
         *     initialCount - 许可证中心初始拥有的许可证数量，即初始情况下已经发出的许可证数量为 maximumCount - initialCount
         *     maximumCount - 许可证中心总共拥有的许可证数量
         *     name - 许可证中心的名称
         * Semaphore OpenExisting(string name) - 打开指定名称的许可证中心
         */

        // 实例化一个许可证中心，该中心拥有的许可证数量为 2 个
        private Semaphore _semaphore = new Semaphore(2, 2);

        public SemaphoreDemo()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        protected async override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            // 模拟 5 个线程并行执行，拿到许可证的线程才能运行，而许可证中心只有 2 个许可证
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                CancellationToken token = new CancellationTokenSource().Token;

                Task task = Task.Run(
                    () =>
                    {
                        OutMsg(string.Format("task {0} 等待一个许可证", Task.CurrentId));
                        token.WaitHandle.WaitOne(5000);

                        // WaitOne() - 申请许可证
                        _semaphore.WaitOne();
                        OutMsg(string.Format("task {0} 申请到一个许可证", Task.CurrentId));

                        token.WaitHandle.WaitOne(1000);

                        OutMsg(string.Format("task {0} 归还了一个许可证", Task.CurrentId));
                        // int Release() - 归还许可证，返回值为：Release() 之前许可证中心可用的许可证数量
                        int ignored = _semaphore.Release();
                        // int Release(int releaseCount) - 指定释放的信号量的次数（按本文的理解就是指定归还的许可证数量）
                    },
                    token);

                tasks.Add(task);
            }

            await Task.WhenAll(tasks);
        }

        private void OutMsg(string msg)
        {
            var ignored = Dispatcher.RunAsync(
                Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.High, 
                () => 
                {
                    lblMsg.Text += msg;
                    lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                });
        }
    }
}

2、演示 CountdownEvent 的使用
Thread/Lock/CountdownEventDemo.xaml

<Page
    x:Class="XamlDemo.Thread.Lock.CountdownEventDemo"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    xmlns:local="using:XamlDemo.Thread.Lock"
    xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
    xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
    mc:Ignorable="d">

    <Grid Background="Transparent">
        <StackPanel Margin="120 0 0 0">

            <TextBlock Name="lblMsg" FontSize="14.667" />

        </StackPanel>
    </Grid>
</Page>

Thread/Lock/CountdownEventDemo.xaml.cs

/*
 * 演示 CountdownEvent 的使用
 * 
 * CountdownEvent - 通过信号数量实现线程同步
 */

using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Lock
{
    public sealed partial class CountdownEventDemo : Page
    {
        private static int _count;

        public CountdownEventDemo()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            // 初始信号数量为 100 个
            using (CountdownEvent countdown = new CountdownEvent(100))
            {
                // AddCount(), AddCount(int signalCount) - 增加 1 个信号，或增加指定数量的信号
                // Reset(), Reset(int count) - 重置为初始的信号数量，或重置为指定的信号数量
                // Signal(), Signal(int signalCount) - 减少 1 个信号，或减少指定数量的信号
                // CurrentCount - 获取当前的信号数量

                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    Task task = Task.Run(
                        () =>
                        {
                            Interlocked.Increment(ref _count);
                            // 减少 1 个信号
                            countdown.Signal();
                        });
                }

                // 阻塞当前线程，直到 CountdownEvent 的信号数量变为 0
                countdown.Wait();

                lblMsg.Text = "count: " + _count.ToString();
            }
        }
    }
}

3、演示 Barrier 的使用
Thread/Lock/BarrierDemo.xaml

<Page
    x:Class="XamlDemo.Thread.Lock.BarrierDemo"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    xmlns:local="using:XamlDemo.Thread.Lock"
    xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
    xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
    mc:Ignorable="d">

    <Grid Background="Transparent">
        <StackPanel Margin="120 0 0 0">

            <TextBlock Name="lblMsg" FontSize="14.667" />

        </StackPanel>
    </Grid>
</Page>

Thread/Lock/BarrierDemo.xaml.cs

/*
 * 演示 Barrier 的使用
 * 
 * Barrier - 屏障
 * 
 * 按如下方式理解：
 * 1、Participant - 参与者
 * 2、SignalAndWait() - 某一个参与者已经到达屏障了
 * 3、所有参与者都到达屏障后，屏障解除
 */

using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.UI.Core;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Lock
{
    public sealed partial class BarrierDemo : Page
    {
        private static int _count;

        public BarrierDemo()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            // AddParticipant(), AddParticipants(int participantCount) - 增加 1 个参与者，或增加指定数量的参与者
            // RemoveParticipant(), RemoveParticipants(int participantCount) - 减少 1 个参与者，或减少指定数量的参与者
            // ParticipantCount - 获取参与者总数
            // ParticipantsRemaining - 尚未到达屏障的参与者总数

            Barrier barrier = new Barrier(
                5, // 初始有 5 个参与者
                (ctx) => // 屏障解除之后
                {
                    var ignored = Dispatcher.RunAsync(CoreDispatcherPriority.High,
                        () =>
                        {
                            lblMsg.Text = "count: " + _count.ToString();
                        });
                });

            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Task task = Task.Run(
                    () =>
                    {
                        Interlocked.Increment(ref _count);
                        // 某一个参与者已经到达屏障了
                        barrier.SignalAndWait();
                        // SignalAndWait(int millisecondsTimeout) - 指定一个超时时间
                        // SignalAndWait(CancellationToken cancellationToken) - 指定一个 CancellationToken
                    });
            }
        }
    }
}

4、演示 ManualResetEvent 的使用
Thread/Lock/ManualResetEventDemo.xaml

<Page
    x:Class="XamlDemo.Thread.Lock.ManualResetEventDemo"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    xmlns:local="using:XamlDemo.Thread.Lock"
    xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
    xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
    mc:Ignorable="d">

    <Grid Background="Transparent">
        <StackPanel Margin="120 0 0 0">

            <TextBlock Name="lblMsg" FontSize="14.667" />

        </StackPanel>
    </Grid>
</Page>

Thread/Lock/ManualResetEventDemo.xaml.cs

/*
 * 演示 ManualResetEvent 的使用
 * 
 * ManualResetEvent - 手动红绿灯
 * ManualResetEventSlim - 轻量级的 ManualResetEvent
 */

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.Foundation;
using Windows.System.Threading;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Lock
{
    public sealed partial class ManualResetEventDemo : Page
    {
        // true - 指定初始状态为绿灯
        private ManualResetEvent _manualResetEvent = new ManualResetEvent(true);

        private static int _count = 0;

        public ManualResetEventDemo()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            ManualResetEvent sleep = new ManualResetEvent(false);

            Task tas = Task.Run(
                () =>
                {
                    while (true)
                    {
                        // WaitOne() - 判断：绿灯则进入，红灯则阻塞
                        _manualResetEvent.WaitOne();

                        /*
                         * WaitOne(1000) 
                         *     1、如果当前是绿灯则进入
                         *     2、如果当前是红灯则阻塞
                         *         a) 1000 毫秒之内收到 Set() 信号则进入
                         *         b) 1000 毫秒之后如果还没收到 Set() 信号则强行进入
                         */

                        IAsyncAction ignored = Windows.System.Threading.ThreadPool.RunAsync(
                            (threadPoolWorkItem) =>
                            {
                                // 在当前线程 sleep 1000 毫秒（WinRT 中没有 Thread.Sleep() 了）
                                sleep.WaitOne(1000);

                                OutMsg(string.Format("count:{0}, time:{1}", ++_count, DateTime.Now.ToString("mm:ss")));

                                // Set() - 发出绿灯信号，并设置为绿灯
                                _manualResetEvent.Set();

                            },
                            WorkItemPriority.High);

                        // Reset() - 发出红灯信号，并设置为红灯
                        _manualResetEvent.Reset(); 
                    }
                });
        }

        private void OutMsg(string msg)
        {
            var ignored = Dispatcher.RunAsync(
                Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.High,
                () =>
                {
                    lblMsg.Text = msg;
                });
        }
    }
}

5、演示 AutoResetEvent 的使用
Thread/Lock/AutoResetEventDemo.xaml

<Page
    x:Class="XamlDemo.Thread.Lock.AutoResetEventDemo"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    xmlns:local="using:XamlDemo.Thread.Lock"
    xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
    xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
    mc:Ignorable="d">

    <Grid Background="Transparent">
        <StackPanel Margin="120 0 0 0">

            <TextBlock Name="lblMsg" FontSize="14.667" />

        </StackPanel>
    </Grid>
</Page>

Thread/Lock/AutoResetEventDemo.xaml.cs

/*
 * 演示 AutoResetEvent 的使用
 * 
 * AutoResetEvent - 自动红绿灯
 * 
 * AutoResetEvent 和 ManualResetEvent 的区别在于：AutoResetEvent 在 WaitOne() 进入之后会自动 Reset()
 */

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.Foundation;
using Windows.System.Threading;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Lock
{
    public sealed partial class AutoResetEventDemo : Page
    {
        // true - 指定初始状态为绿灯
        private AutoResetEvent _autoResetEvent = new AutoResetEvent(true);

        private static int _count = 0;

        public AutoResetEventDemo()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            ManualResetEvent sleep = new ManualResetEvent(false);

            Task tas = Task.Run(
                () =>
                {
                    while (true)
                    {
                        // WaitOne() - 判断：绿灯则进入，红灯则阻塞，进入之后自动 Reset()
                        _autoResetEvent.WaitOne();

                        /*
                         * WaitOne(1000) 
                         *     1、如果当前是绿灯则进入，进入之后自动 Reset()
                         *     2、如果当前是红灯则阻塞
                         *         a) 1000 毫秒之内收到 Set() 信号则进入，进入之后自动 Reset()
                         *         b) 1000 毫秒之后如果还没收到 Set() 信号则强行进入，进入之后自动 Reset()
                         */

                        IAsyncAction ignored = Windows.System.Threading.ThreadPool.RunAsync(
                            (threadPoolWorkItem) =>
                            {
                                // 在当前线程 sleep 1000 毫秒（WinRT 中没有 Thread.Sleep() 了）
                                sleep.WaitOne(1000);

                                OutMsg(string.Format("count:{0}, time:{1}", ++_count, DateTime.Now.ToString("mm:ss")));

                                // Set() - 发出绿灯信号，并设置为绿灯
                                _autoResetEvent.Set();

                            },
                            WorkItemPriority.High);
                    }
                });
        }

        private void OutMsg(string msg)
        {
            var ignored = Dispatcher.RunAsync(
                Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.High,
                () =>
                {
                    lblMsg.Text = msg;
                });
        }
    }
}

OK
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