C#多线程安全怎么理解

这篇文章主要介绍“C#多线程安全怎么理解”，在日常操作中，相信很多人在C#多线程安全怎么理解问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”C#多线程安全怎么理解”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！

什么是多线程安全？

一段程序，单线程和多线程执行结果不一致，就表示存在多线程安全问题，即多线程不安全。

多线程安全示例

1. 多线程不安全示例1

假如我们有一个需求，需要输出5个线程，且线程序号按0-4命名，我们编写代码如下：

private void btnTask1_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");    for (int i = 0; i < 5; i++)    {        Task.Run(() =>        {            Console.WriteLine($"【BEGIN】**************这是第 {i} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");            Thread.Sleep(2000);            Console.WriteLine($"【 END 】**************这是第 {i} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");        });    }    Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

然后运行示例，如下所示：

通过对以上示例进行分析，得出结论如下：

在for循环中，启动的5个线程，线程序号都是5，并没有按照我们预期的结果【0,1,2,3,4】进行输出。

经过分析发现，因为for循环中，i是同一个变量，线程启动是异步进行的，存在延迟，当线程启动时，for循环已经结束，i的值为5，所以才导致线程序号和预期不一致。

为了解决上述问题，可以通过引入局部变量来解决，即每次循环声明一个变量，循环5次，存在5个变量，则相互之间不会覆盖。如下所示：

private void btnTask1_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");    for (int i = 0; i < 5; i++)    {        int k = i;        Task.Run(() =>        {            Console.WriteLine($"【BEGIN】**************这是第 {k} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");            Thread.Sleep(2000);            Console.WriteLine($"【 END 】**************这是第 {k} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");        });    }    Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

运行优化后的示例，如下所示：

通过运行示例发现，局部变量可以解决相应的问题。

2. 多线程不安全示例2

假如我们有一个需求：将0到200增加到一个列表中，采用多线程来实现，如下所示：

private void btnTask2_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");    List<int> list = new List<int>();    List<Task> tasks = new List<Task>();    for (int i = 0; i < 200; i++)    {        tasks.Add( Task.Run(() =>        {            list.Add(i);        }));    }    Task.WaitAll(tasks.ToArray());    string res = string.Join(",", list);    Console.WriteLine($"列表长度： {list.Count} ，列表内容：{res}");    Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

通过运行示例，如下所示：

通过对以上示例进行分析，得出结论如下：

列表的记录条数不对，会少。

列表的元素内容与预期的内容不一致。

针对上述问题，采用中间局部变量的方式，可以解决吗？不妨一试，修改后的 代码如下：

private void btnTask2_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");    List<int> list = new List<int>();    List<Task> tasks = new List<Task>();    for (int i = 0; i < 200; i++)    {        int k = i;        tasks.Add( Task.Run(() =>        {            list.Add(k);        }));    }    Task.WaitAll(tasks.ToArray());    string res = string.Join(",", list);    Console.WriteLine($"列表长度： {list.Count} ，列表内容：{res}");    Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

运行优化示例，如下所示：

通过运行上述示例，得出结论如下：

列表长度依然不对，会小于实际单一线程的长度。注意：多线程列表长度不是一定会小于单一线程运行时列表长度，只是存在概率，即多个线程存在同时写入一个位置的概率。

列表内容，采用局部变量，可以解决部分问题。

由此可以得出List不是线程安全的数据类型。

加锁lock

针对多线程的不安全问题，可以通过加锁进行解决，加锁的目的：在任意时刻，加锁块都之允许一个线程访问。

加锁原理

lock实际是一个语法糖，实际效果等同于Monitor。锁定的是引用对象的一个内存地址引用。所以锁定对象不可以是值类型，也不可以是null，只能是引用类型。

lock对象的标准写法：默认情况下，锁对象是私有，静态，只读，引用对象。如下所示：

/// <summary>/// 定义一个锁对象/// </summary>private static readonly object obj = new object();

然后优化程序，如下所示：

private void btnTask2_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");    List<int> list = new List<int>();    List<Task> tasks = new List<Task>();    for (int i = 0; i < 200; i++)    {        int k = i;        tasks.Add( Task.Run(() =>        {            lock (obj)            {                list.Add(k);            }        }));    }    Task.WaitAll(tasks.ToArray());    string res = string.Join(",", list);    Console.WriteLine($"列表长度： {list.Count} ，列表内容：{res}");    Console.WriteLine("【结束】**************线程不安全示例btnTask1_Click**************");}

运行优化后的示例，如下所示：

通过对上述示例进行分析，得出结论如下：

加锁后，列表在多线程下也变成安全，符合预期的要求。

但是由于加锁的原因，同一时刻，只能由一个线程进入，其他线程就会等待，所以多线程也变成了单线程。

为何锁对象要用私有类型？

标准写法，锁对象是私有类型，目的是为了避免锁对象被其他线程使用，如果被使用，则会相互阻塞，如下所示：

假如，现在有一个锁对象，在TestLock中使用，如下所示：

public class TestLock{    public static readonly object Obj = new object();    public void Show()    {        Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show**************");        for (int i = 0; i < 5; i++)        {            int k = i;            Task.Run(() =>            {                lock (Obj)                {                    Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第 {k} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");                    Thread.Sleep(2000);                    Console.WriteLine($"【 END 】*********T*****这是第 {k} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");                }            });        }        Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show**************");    }}

同时在FrmMain中使用，如下所示：

private void btnTask3_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask3_Click**************");    //类对象中多线程    TestLock.Show();    //主方法中多线程    for (int i = 0; i < 5; i++)    {        int k = i;        Task.Run(() =>        {            lock (TestLock.Obj)            {                Console.WriteLine($"【BEGIN】*********M*****这是第 {k} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");                Thread.Sleep(2000);                Console.WriteLine($"【 END 】*********M*****这是第 {k} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");            }        });    }    Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask3_Click**************");}

运行上述示例，如下所示：

通过上述示例，得出结论如下：

T和M是成对相邻，且各代码块交互出现。

多个代码块，共用一把锁，是会相互阻塞的。这也是为啥不建议使用public修饰符的原因，避免被不恰当的加锁。

如果使用不同的锁对象，多个代码块之间是可以并发的【T和M是不成对，且不相邻出现，但是有同一代码块的内部顺序】，效果如下：

为什么锁对象要用static类型？

假如对象不是static类型，那么锁对象就是对象属性，不同的对象之间是相互独立的，所以不同通对象调用相同的方法，就会存在并发的问题，如下所示：

修改TestLock代码【去掉static】，如下所示：

public class TestLock{    public  readonly object Obj = new object();    public  void Show(string name)    {        Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name);        for (int i = 0; i < 5; i++)        {            int k = i;            Task.Run(() =>            {                lock (Obj)                {                    Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");                    Thread.Sleep(2000);                    Console.WriteLine($"【 END 】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");                }            });        }        Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name);    }}

声明两个对象，分别调用Show方法，如下所示：

private void btnTask4_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask3_Click**************");    TestLock testLock1 = new TestLock();    testLock1.Show("first");    TestLock testLock2 = new TestLock();    testLock2.Show("second");    Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask3_Click**************");}

测试示例，如下所示：

通过以上示例，得出结论如下：

非静态锁对象，只在当前对象内部进行允许同一时刻只有一个线程进入，但是多个对象之间，是相互并发，相互独立的。所以建议锁对象为static对象。

加锁锁定的是什么？

在lock模式下，锁定的是内存引用地址，而不是锁定的对象的值。假如将FORM的锁对象的类型改为字符串，如下所示：

/// <summary>/// 定义一个锁对象/// </summary>private static readonly string obj = "花无缺";

同时TestLock类的锁对象也改为字符串，如下所示：

public class TestLock{    private static  readonly string obj = "花无缺";    public static  void Show(string name)    {        Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name);        for (int i = 0; i < 5; i++)        {            int k = i;            Task.Run(() =>            {                lock (obj)                {                    Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");                    Thread.Sleep(2000);                    Console.WriteLine($"【 END 】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");                }            });        }        Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name);    }}

运行上述示例，结果如下：

通过上述示例，得出结论如下：

字符串是一种特殊的锁类型，如果字符串的值一致，则认为是同一个锁对象，不同对象之间会进行阻塞。因为string类型是享元的，在内存堆里面只有一个花无缺。

如果是其他类型，则是不同的锁对象，是可以相互并发的。

说明锁定的是内存引用地址，而非锁定对象的值。

泛型锁对象

如果TestLock为泛型类，如下所示：

1 public class TestLock<T> 2 { 3     private static  readonly object obj = new object(); 4  5     public static  void Show(string name) 6     { 7  8         Console.WriteLine("【开始】**************线程示例Show--{0}**************",name); 9 10         for (int i = 0; i < 5; i++)11         {12             int k = i;13             Task.Run(() =>14             {15                 lock (obj)16                 {17                     Console.WriteLine($"【BEGIN】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");18                     Thread.Sleep(2000);19                     Console.WriteLine($"【 END 】*********T*****这是第 {k}--{name} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");20                 }21             });22         }23 24         Console.WriteLine("【结束】**************线程示例Show--{0}**************",name);25     }26 }

那么在调用时，会相互阻塞吗？调用代码如下：

private void btnTask5_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask5_Click**************");    TestLock<int>.Show("AA");    TestLock<string>.Show("BB");    Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask5_Click**************");}

运行上述示例，如下所示：

通过分析上述示例，得出结论如下所示：

对于泛型类，不同类型参数之间是可以相互并发的，因为泛型类针对不同类型参数会编译成不同的类，那对应的锁对象，会变成不同的引用类型。

如果锁对象为字符串类型，则也是会相互阻塞的，只是因为字符串是享元模式。

泛型T的不同，会编译成不同的副本。

递归加锁

如果在递归函数中进行加锁，会造成死锁吗？示例代码如下：

private void btnTask6_Click(object sender, EventArgs e){    Console.WriteLine("【开始】**************线程示例btnTask6_Click**************");    this.add(1);    Console.WriteLine("【结束】**************线程示例btnTask6_Click**************");}private int num = 0;private void add(int index) {    this.num++;    Task.Run(()=> {        lock (obj)        {            Console.WriteLine($"【BEGIN】**************这是第 {num} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");            Thread.Sleep(2000);            Console.WriteLine($"【 END 】**************这是第 {num} 个线程，线程ID={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}**************");            if (num < 5)            {                this.add(index);            }        }    });}

运行上述示例，如下所示：

通过运行上述示例，得出结论如下：

在递归函数中进行加锁，会进行阻塞等待，但是不会造成死锁。 

到此，关于“C#多线程安全怎么理解”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注编程网网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！