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C#对线程同步的应用

news 2025/7/21 9:01:45

什么是线程同步？线程同步的应用场景有哪些？在C#中有哪些线程同步方式？下面对这些问题做一个总结，让大家在面试的时候遇到这些问题能够游刃有余。
线程同步是指在多线程环境下，多个线程同时访问共享资源时，确保数据一致性和正确性的一种机制。以下是线程同步的主要应用场景和常用方式，以及每种方式的简单代码示例。

应用场景

共享资源的保护

多个线程同时读写共享资源时，防止数据竞争和不一致。

线程间的通信

一个线程等待另一个线程完成某些任务或传递数据。

避免死锁

多线程并发访问资源时，通过合理设计同步机制，避免资源争用导致的死锁。

线程协调

控制线程的执行顺序或实现生产者-消费者模式。

线程同步方式与示例

锁（lock / Monitor）
用于同步对共享资源的访问，确保同时只有一个线程可以访问资源。

class Program
{private static readonly object _lock = new object();private static int _counter = 0;static void Main(){Thread t1 = new Thread(IncrementCounter);Thread t2 = new Thread(IncrementCounter);t1.Start();t2.Start();t1.Join();t2.Join();Console.WriteLine($"Final Counter: {_counter}");}static void IncrementCounter(){for (int i = 0; i < 1000; i++){lock (_lock){_counter++;}}}
}

信号量（Semaphore / SemaphoreSlim）
用于限制对某些资源的访问线程数。

class Program
{private static SemaphoreSlim _semaphore = new SemaphoreSlim(2);static void Main(){for (int i = 1; i <= 5; i++){int id = i;new Thread(() => AccessResource(id)).Start();}}static void AccessResource(int id){Console.WriteLine($"Thread {id} is waiting to enter...");_semaphore.Wait();Console.WriteLine($"Thread {id} entered.");Thread.Sleep(2000); // Simulating workConsole.WriteLine($"Thread {id} is leaving.");_semaphore.Release();}
}

互斥（Mutex）
用于跨进程同步资源。

class Program
{private static Mutex _mutex = new Mutex();static void Main(){for (int i = 1; i <= 3; i++){new Thread(AccessResource).Start(i);}}static void AccessResource(object id){Console.WriteLine($"Thread {id} waiting for mutex...");_mutex.WaitOne();Console.WriteLine($"Thread {id} acquired mutex.");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine($"Thread {id} releasing mutex.");_mutex.ReleaseMutex();}
}

手动重置事件（ManualResetEvent）
允许一个线程通知其他线程可以继续。

class Program
{private static ManualResetEvent _mre = new ManualResetEvent(false);static void Main(){new Thread(WaitForSignal).Start();Console.WriteLine("Main thread doing work...");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine("Signal other threads to proceed.");_mre.Set();}static void WaitForSignal(){Console.WriteLine("Thread waiting for signal...");_mre.WaitOne();Console.WriteLine("Thread received signal!");}
}

自动重置事件（AutoResetEvent）
每次调用 Set 后，自动重置为非信号状态。

class Program
{private static AutoResetEvent _are = new AutoResetEvent(false);static void Main(){new Thread(WaitForSignal).Start();Console.WriteLine("Main thread doing work...");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine("Signal other thread to proceed.");_are.Set();}static void WaitForSignal(){Console.WriteLine("Thread waiting for signal...");_are.WaitOne();Console.WriteLine("Thread received signal!");}
}

信号量栅栏（Barrier）
允许多个线程到达某个同步点后再继续执行。

class Program
{private static Barrier _barrier = new Barrier(3, b => Console.WriteLine("All threads reached barrier."));static void Main(){for (int i = 1; i <= 3; i++){new Thread(Work).Start(i);}}static void Work(object id){Console.WriteLine($"Thread {id} doing work...");Thread.Sleep(new Random().Next(1000, 3000));Console.WriteLine($"Thread {id} waiting at barrier.");_barrier.SignalAndWait();Console.WriteLine($"Thread {id} passed barrier.");}
}

读写锁（ReaderWriterLockSlim）
提供多个线程的读操作，但写操作是互斥的。

class Program
{private static ReaderWriterLockSlim _lock = new ReaderWriterLockSlim();private static List<int> _data = new List<int>();static void Main(){new Thread(ReadData).Start();new Thread(WriteData).Start();}static void ReadData(){_lock.EnterReadLock();try{Console.WriteLine($"Read thread reading data: {string.Join(", ", _data)}");}finally{_lock.ExitReadLock();}}static void WriteData(){_lock.EnterWriteLock();try{_data.Add(new Random().Next(100));Console.WriteLine("Write thread updated data.");}finally{_lock.ExitWriteLock();}}
}