C#线程同步--线程通信

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问题抽象：当某个操作的执行必须依赖于另一个操作的完成时，需要有个机制来保证这种先后关系。
线程通信方案：ManualResetEventSlim、ManualResetEvent、AutoResetEvent
方案特性：提供线程通知的能力，没有接到通知前，线程必须等待，有先后顺序。

1、ManualResetEvent类
对象有两种信号量状态True和False。构造函数设置初始状态。简单来说，
◆ 如果构造函数由true创建，则第一次WaitOne()不会阻止线程的执行，而是等待Reset后的第二次WaitOne()才阻止线程执行。
◆ 如果构造函数有false创建，则WaitOne()必须等待Set()才能往下执行。
　　一句话总结就是：是否忽略第一次阻塞。
　　方法如下：
◆ WaitOne：该方法用于阻塞线程，默认是无限期的阻塞，支持设置等待时间，如果超时就放弃阻塞，不等了，继续往下执行;
◆ Set:手动修改信号量为True，也就是恢复线程执行;
◆ ReSet:重置状态; 重置后，又能WaitOne()啦

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        //一开始设置为false才会等待收到信号才执行
        static ManualResetEvent mr = new ManualResetEvent(false);
        public static void Main()
        {
            Thread t = new Thread(Run);
            //启动辅助线程
            t.Start();
            //等待辅助线程执行完毕之后，主线程才继续执行
            Console.WriteLine("主线程一边做自己的事，一边等辅助线程执行!" + DateTime.Now.ToString("mm:ss"));
            mr.WaitOne();
            Console.WriteLine("收到信号，主线程继续执行" + DateTime.Now.ToString("mm:ss"));
            Console.ReadKey();
        }

        static void Run()
        {
            //模拟长时间任务
            Thread.Sleep(3000);
            Console.WriteLine("辅助线程长时间任务完成！" + DateTime.Now.ToString("mm:ss"));
            mr.Set();
        }
    }
}

Program

　　在思维上，这个东西可以有两种用法，一种是让主线程等待辅助线程，一种是辅助线程等待主线程。
　　但无论怎么用，都是让一个线程等待或唤醒另外一个线程。

　　Reset方法调用示例

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        //一开始设置为false,当遇到WaitOne()时，需要Set()才能继续执行
        static ManualResetEvent mr = new ManualResetEvent(false);

        public static void Main()
        {
            Thread t = new Thread(Run);
            Console.WriteLine("开始" + DateTime.Now.ToString("mm:ss"));
            t.Start();
            mr.WaitOne();
            Console.WriteLine("第一次等待完成!" + DateTime.Now.ToString("mm:ss"));
            mr.Reset();     //重置后，又能WaitOne()啦
            mr.WaitOne(3000);
            Console.WriteLine("第二次等待完成!" + DateTime.Now.ToString("mm:ss"));
            Console.ReadKey();
        }

        static void Run()
        {
            mr.Set();
            Thread.Sleep(2000);
            mr.Set();
        }
    }
}

Program

如果以上代码不使用Reset，则直接输出第二次等待完成，而不会等待2秒。

2、AutoResetEvent类
　　AutoResetEvent与ManualResetEvent的区别在于AutoResetEvent 的WaitOne会改变信号量的值为false，让其等待阻塞。
　　比如说初始信号量为True，如果WaitOne超时信号量将自动变为False，而ManualResetEvent则不会。
　　第二个区别：
　　◆ ManualResetEvent：每次可以唤醒一个或多个线程
　　◆ AutoResetEvent：每次只能唤醒一个线程

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        static AutoResetEvent ar = new AutoResetEvent(true);
        public static void Main()
        {
            Thread t = new Thread(Run);
            t.Start();

            bool state = ar.WaitOne(1000);
            Console.WriteLine("当前的信号量状态:{0}", state);

            state = ar.WaitOne(1000);
            Console.WriteLine("再次WaitOne后现在的状态是:{0}", state);

            state = ar.WaitOne(1000);
            Console.WriteLine("再次WaitOne后现在的状态是:{0}", state);

            Console.ReadKey();
        }

        static void Run()
        {
            Console.WriteLine("当前时间" + DateTime.Now.ToString("mm:ss"));
        }
    }
}

Program

　　AutoResetEvent 允许线程通过发信号互相通信。通常，此通信涉及线程需要独占访问的资源。
　　线程通过调用 AutoResetEvent 上的 WaitOne 来等待信号。如果 AutoResetEvent 处于非终止状态，则该线程阻塞，并等待当前控制资源的线程，通过调用 Set 发出资源可用的信号。调用 Set 向 AutoResetEvent 发信号以释放等待线程。AutoResetEvent 将保持终止状态，直到一个正在等待的线程被释放，然后自动返回非终止状态。如果没有任何线程在等待，则状态将无限期地保持为终止状态。可以通过将一个布尔值传递给构造函数来控制 AutoResetEvent 的初始状态，如果初始状态为终止状态，则为 true；否则为 false。
　　通俗的来讲只有等myResetEven.Set()成功运行后,myResetEven.WaitOne()才能够获得运行机会;Set是发信号，WaitOne是等待信号，只有发了信号，等待的才会执行。如果不发的话，WaitOne后面的程序就永远不会执行。下面我们来举一个例子：我去书店买书，当我选中一本书后我会去收费处付钱，
付好钱后再去仓库取书。这个顺序不能颠倒，我作为主线程，收费处和仓库做两个辅助线程，代码如下：

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApp1
{
    class TestAutoReseEvent
    {
        static AutoResetEvent BuyBookEvent = new AutoResetEvent(false);
        static AutoResetEvent PayMoneyEvent = new AutoResetEvent(false);
        static AutoResetEvent GetBookEvent = new AutoResetEvent(false);
        static int number = 10;

        public static void Run()
        {
            Thread buyBookThread = new Thread(new ThreadStart(BuyBookProc));
            buyBookThread.Name = "买书线程";
            Thread payMoneyThread = new Thread(new ThreadStart(PayMoneyProc));
            payMoneyThread.Name = "付钱线程";
            Thread getBookThread = new Thread(new ThreadStart(GetBookProc));
            getBookThread.Name = "取书线程";

            buyBookThread.Start();
            payMoneyThread.Start();
            getBookThread.Start();

            buyBookThread.Join();
            payMoneyThread.Join();
            getBookThread.Join();

        }

        static void BuyBookProc()
        {
            while (number > 0)
            {
                Console.WriteLine("{0}：数量{1}", Thread.CurrentThread.Name, number);
                PayMoneyEvent.Set();
                BuyBookEvent.WaitOne();
                Console.WriteLine("------------------------------------------");
                number--;
            }
        }

        static void PayMoneyProc()
        {
            while (number > 0)
            {
                PayMoneyEvent.WaitOne();
                Console.WriteLine("{0}：数量{1}", Thread.CurrentThread.Name, number);
                GetBookEvent.Set();
            }
        }

        static void GetBookProc()
        {
            while (number > 0)
            {
                GetBookEvent.WaitOne();
                Console.WriteLine("{0}：数量{1}", Thread.CurrentThread.Name, number);
                BuyBookEvent.Set();
            }
        }
    }
}

TestAutoReseEvent

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        public static void Main()
        {
            TestAutoReseEvent.Run();
        }
    }
}

Program

3、ManualResetEventSlim类
　　ManualResetEventSlim是ManualResetEvent的混合版本,一直保持大门敞开直到手工调用Reset方法，
　　Set() 相当于打开了大门从而允许准备好的线程接收信号并继续工作
　　Reset() 相当于关闭了大门此时已经准备好执行的信号量则只能等到下次大门开启时才能够执行

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var t1 = new Thread(() => TravelThroughGates("Thread 1", 5));
            var t2 = new Thread(() => TravelThroughGates("Thread 2", 6));
            var t3 = new Thread(() => TravelThroughGates("Thread 3", 12));
            t1.Start();
            t2.Start();
            t3.Start();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(6));
            Console.WriteLine("The gates are now open!");
            _mainEvent.Set();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            _mainEvent.Reset();
            Console.WriteLine("The gates have been closed!");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10));
            Console.WriteLine("The gates are now open for the second time!");
            _mainEvent.Set();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            Console.WriteLine("The gates have been closed!");
            _mainEvent.Reset();
        }

        static void TravelThroughGates(string threadName, int seconds)
        {
            Console.WriteLine("{0} falls to sleep {1}", threadName, seconds);
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
            Console.WriteLine("{0} waits for the gates to open!", threadName);
            _mainEvent.Wait();
            Console.WriteLine("{0} enters the gates!", threadName);
        }
        /// <summary>
        /// ManualResetEventSlim是ManualResetEvent的混合版本,一直保持大门敞开直到手工调用Reset方法，
        /// _mainEvent.Set 相当于打开了大门从而允许准备好的线程接收信号并继续工作
        /// _mainEvent.Reset 相当于关闭了大门 此时已经准备好执行的信号量 则只能等到下次大门开启时才能够执行
        /// </summary>
        static ManualResetEventSlim _mainEvent = new ManualResetEventSlim(false);
    }
}