C# 线程会合实例

有这样一个题目：四个线程t1,t2,t3,t4,向4个文件中写入数据，要求：t1只能写入“1”，t2只能写入“2”，t3只能写入“3”，t4只能写入“4”，对4个文件A，B，C，D写入如下内容:

• A：123412341234.....
• B：234123412341....
• C：341234123412....
• D：412341234123....

简单分析一下，对于A文件，t1写入“1”后，我们希望通知t2来写“2”，并且t1前往D文件等着去写“1”，以此类推。

1. 通过等待句柄实现

显然可以用等待句柄来实现，通知t2来写“2”相当于在一个等待句柄上调用 Set 方法，等待在D文件上写“1”相当于在另一等待句柄上调用了 WaitOne 方法，下边是利用4个 AutoResetEvent 来实现它：

class Program
{
    private static List<StreamWriter> _sws;

    private static List<AutoResetEvent> _whs;

    private static void Main(string[] args)
    {
        var fileNames = new List<string> {"A", "B", "C", "D"}; 
        
        // 创建或清空文件
        fileNames.ForEach(name =>
        {
            if (!File.Exists(name))
                File.Create(name).Close();
            else
            {
                using (var sw = new StreamWriter(name))
                    sw.Write("");
            }
        });

        _sws = fileNames.Select(File.AppendText).ToList();
        
        // 为每个文件写入建立一个等待句柄
        _whs = fileNames.Select(name => new AutoResetEvent(false)).ToList();
            
        // 创建并启4个线程执行任务
        var threads = new List<Thread> {
            new Thread(() => Work(1)), new Thread(() => Work(2)), new Thread(() => Work(3)), new Thread(() => Work(4))
        };
        threads.ForEach(t => t.Start());
        
        // 等待线程结束并关闭 StreamWrite
        threads.ForEach(t => t.Join());
        Console.WriteLine("任务完成！");
        _sws.ForEach(sw => sw.Close());
    }

    static void Work(int threadIndex)
    {
        var next = threadIndex - 1;
        // 为让程序能结束，就打印100次
        for (int i = 0; i < 100; i++)
        {
            var wh = _whs[next];
            var sw = _sws[next];
            lock (sw)
            {
                sw.Write(threadIndex);
            }
            next = (next - 1) < 0 ? 3 : next - 1;

            WaitHandle.SignalAndWait(wh, _whs[next]);  //在wh上发信号，并在下一个等待句柄上等待执行
        }
    }
}

上述例子中我们创建了4个线程来分别打印1，2，3，4，并且为每个文件的写入创建了4个等待句柄来进行信号通信。最后主线程在等待所有线程结束后，关闭文件流。为让程序能正常结束，在 Work 方法中就只循环写100次。

以t1（列表中第一个线程）为例，在A文件中打印1后，调用 WaitHandle.SignalAndWait(wh,wh[next])，即在wh上发信号通知可以接着写入了，并在下一个等待句柄上等待写入信号。

关于 SinalAndWait 的可以参见 Thread in C# 或者对应的 中文翻译 。

2. 通过 Barrier 类实现

除了通过等待句柄可以实现题目要求外，同样可以通过 Wait 和 Pulse 来实现。如果是FrameWork 4.0或更高的版本，可以通过 Barrier 类（它是建立在 Wait / Pulse 和自旋锁基础上的）更简单的实现这个题目。

class Program
{
    private static Barrier _barrier;

    private static void Main(string[] args)
    {
        var fileNames = new List<string> { "A", "B", "C", "D" };

        // 创建或清空文件
        fileNames.ForEach(name =>
        {
            if (!File.Exists(name))
                File.Create(name).Close();
            else
            {
                using (var sw = new StreamWriter(name))
                    sw.Write("");
            }
        });
        
        // 在_barrier上调用SignalAndWait的线程会被阻塞直到这个方法被调用4次
        _barrier = new Barrier(4);

        _sws = fileNames.Select(File.AppendText).ToList();

        // 创建并启4个线程执行任务
        var threads = new List<Thread> {
            new Thread(() => Work(1)), new Thread(() => Work(2)), new Thread(() => Work(3)), new Thread(() => Work(4))
        };
        threads.ForEach(t => t.Start());

        // 等待线程结束并关闭 StreamWrite
        threads.ForEach(t => t.Join());
        Console.WriteLine("任务完成！");
        _sws.ForEach(sw => sw.Close());
    }

    static void Work(int threadIndex)
    {
        var next = threadIndex - 1;
        for (int i = 0; i < 100; i++)
        {
            var sw = _sws[next];
            lock (sw)
            {
                sw.Write(threadIndex);
            }
            _barrier.SignalAndWait();
            next = (next - 1) < 0 ? 3 : next - 1;
        }
    }
}

使用了一个 Barrier 类来替代4个等待句柄，线程调用 SignalAndWait 后会阻塞，直到这个方法被调用4次。在这个例子中意味着4个线程总是在同步进行着打印，下图可以很好的解释 Barrier 类：

 关于 Barrier 类，可以参见 Thread in C# 或者对应的 中文翻译 。