[C# 线程处理系列]专题五：线程同步——事件构造

引言：

其实这部分内容应该是属于专题四，因为这篇也是讲关于线程同步的，但是由于考虑到用户的阅读习惯问题，因为文章太长了，很多人不是很愿意看包括我也是这样的，同时也有和我说可以把代码弄成折叠的，这样就不会太长的，但是我觉得这样也不怎么便于阅读，因为我看别人的博客的时候，看到有代码是折叠起来的时候很多时候不愿意去点，并且点一下之后同样拉长文章的，然后就看到右边的滚动条变小了，本以为快看完了(意思快学到知识了)，一看滚动条后发现还有好长的内容很看， 所以就会给人一种不舒服的感觉吧(如果有和我一样的人的话，你肯定懂的是什么感觉的)。所以我把线程同步放到两篇文章里面来说，其实放到两篇文章里面也有一定原因的， 前面讲的线程同步主要是用户模式的(CLR Via C# 一书中是这么定义的，书中说到线程同步分两种：一、用户模式构造 二、内核模式构造，第一次看的时候不是很理解两个名词是什么意思的，我一般理解东西是采用把东西拆分来理解，理解拆分的各个部分后再合起来理解内容的，现在我对着两个的理解是——用户模式构造：对于内核模式构造（指的的是构造操作系内核对象），我们使用类（.net Framework中的类，如 AutoResetEvent, Semaphore类）的方法来实现线程同步，其实内部是调用操作系统的内核对象来实现的线程同步，此时就会导致线程从托管代码到为内核代码，然而用户模式构造，没有调用操作系统内核对象，线程只是在用户的托管代码上执行的)，对于用户模式构造和内核模式的构造只是我自己的理解的， 如果有更好的理解方式可以留言告诉下我， 这样我们可以一起讨论和学习了。

目录：

一、WaitHandle基类介绍

二、事件(Event)类实现线程同步

三、信号量(Semapyore)类实现线程同步

四、互斥体(Mutex)实现线程同步

一、WaitHandle基类介绍

System.Threading命名空间中提供了一个WaitHandle 的抽象基类，此类就是包装了一个Windows内核对象的句柄（句柄可以理解为标示了对象实例的一个数字，具体大家可以查看资料深入理解下的，在这里只是提出理解句柄也是很重要的）,在.net Framework中提供了从WaitHandle类中派生的类（我正是用这些派生类在我们的代码中实现线程同步的）。它们的一个继承关系为

WaitHandle

　　EventWaitHandle

     　　AutoResetEvent

　　　　ManualResetEvent

　　Semaphore

　　Mutex

当我们在使用 AutoResetEvent,ManualResetEvent,Semaphore,Mutex这些类的时候，用构造函数来实例化这些类的对象时，其内部都调用了Win32 CreateEvent或CreateEvent函数，或CreateSemaphore或者CreateMutex函数，这些函数调用返回的句柄值都保存在WaitHandle基类定义的SafeWaitHandle字段中。

二、事件(Event)类实现线程同步

2.1 AutoResetEvent （自动重置事件）

先讲讲AutoresetEvent类的构造函数，其定义为：

public AutoResetEvent(bool initialState);

构造函数中用一个bool 类型的初始状态来设置AutoResetEvent对象的状态，如果要将AutoResetEvent对象的初始状态设置为终止，则传入bool值为true，若要设置非终止，就传入false。 

WaitOne方法定义：

public virtual bool WaitOne(int millisecondsTimeout）;该方法用来阻塞线程，当在指定的时间间隔还没有收到一个信号时，将返回false。

调用Set方法发信号来释放等待线程。在使用过程中WaitOne方法和Set方法都是成对出现的， 一个用于阻塞线程，等待信号，一个用来释放等待线程(就是说调用set方法来发送一个信号，此时WaitOne接受到信号，就释放阻塞的线程，线程就可以继续运行)

线程通过调用AutoResetEvent的WaitOne方法来等待信号，如果AutoResetEvent对象为非终止状态，则线程被阻止，等到线程调用Set方法来恢复线程执行。如果AutoResetEvent为终止状态时，则线程不会被阻止，此时AutoResetEvent将立即释放线程并返回为非终止状态（指出有线程在使用资源的一种状态）。

下面通过通过一个例子来演示下AutoResetEvent的使用：

using System;
using System.Threading;

namespace KenelMode
{
    class Program
    {
        // 初始化自动重置事件，并把状态设置为非终止状态
        // 如果这里把初始状态设置为True时，
        // 当调用WaitOne方法时就不会阻塞线程,看到的输出结果的时间就是一样的了
        // 因为设置为True时，表示此时已经为终止状态了。       
        public static AutoResetEvent autoEvent = new AutoResetEvent(false);
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Main Thread Start run at: " +DateTime.Now.ToLongTimeString());
            Thread t = new Thread(TestMethod);
            t.Start();

            // 阻塞主线程3秒后
            // 调用 Set方法释放线程，使线程t可以运行
            Thread.Sleep(3000);

            // Set 方法就是把事件状态设置为终止状态。
            autoEvent.Set();
            Console.Read();
        }

        public static void TestMethod()
        {
            autoEvent.WaitOne();

            // 3秒后线程可以运行，所以此时显示的时间应该和主线程显示的时间相差3秒
            Console.WriteLine("Method Restart run at: " + DateTime.Now.ToLongTimeString());
        }
    }
}

运行结果（从运行结果看确实是过了一秒后在TestMethod方法中的语句）：

上面中用到的是没有带参数的WaitOne方法，该方法表示无限制阻塞线程，直到收到一个事件为止（通过Set方法来发送一个信号），同时我们也可以设置堵塞线程的事件，当超时时，线程将不阻塞直接运行（尽管此时没有通过Set来发送一个信号，线程照样运行，只是WaitOne方法返回的的值不一样）。

bool WaitOne(int millisecondsTimeout) 收到信号时返回为True,没收到信号返回为false。

看完下面的代码你可能会形象理解WaitOne(millisecondsTimeout)方法的使用的：

using System;
using System.Threading;

namespace KenelMode
{
    class Program
    {
        // 初始化自动重置事件，并把状态设置为非终止状态
        // 如果这里把初始状态设置为True时，
        // 当调用WaitOne方法时就不会阻塞线程,看到的输出结果的时间就是一样的了
        // 因为设置为True时，表示此时已经为终止状态了。       
        public static AutoResetEvent autoEvent = new AutoResetEvent(false);
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Main Thread Start run at: " +DateTime.Now.ToLongTimeString());
            Thread t = new Thread(TestMethod);
            t.Start();

            // 阻塞主线程1秒后
            // 调用 Set方法释放线程，使线程t可以运行
            Thread.Sleep(3000);

            // Set 方法就是把事件状态设置为终止状态。
            autoEvent.Set();
            Console.Read();
        }

        public static void TestMethod()
        {
            if (autoEvent.WaitOne(2000))
            {
                Console.WriteLine("Get Singal to Work");
                // 3秒后线程可以运行，所以此时显示的时间应该和主线程显示的时间相差一秒
                Console.WriteLine("Method Restart run at: " + DateTime.Now.ToLongTimeString());
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("Time Out to work");
                Console.WriteLine("Method Restart run at: " + DateTime.Now.ToLongTimeString());
            }
        }
    }
}

运行结果：

同时这里可以把Thread.Sleep(3000)改成Thread.Sleep(1000)的时候，就是说AutoResetEvent对象在超时之前就接到信号了， 此时WaitOne(2000)放回的值就是True,就得到的是Get Singal to Work, 之间的事件间隔当然也是1秒了，在这里结果就不贴了。

2.2 ManualResetEvent(手动重置事件)

ManualResetEvent的使用和AutoResetEvent的使用很类似，因为他们都是从EventWaitHandle类派生的，不过他们还是有点区别:

AutoResetEvent 为终止状态时线程调用 WaitOne，则线程不会被阻止。AutoResetEvent 将立即释放线程并返回到非终止状态,当再次调用WaitOne状态时线程会被阻止

这里请注意如果AutoResetEvent初始为非终止状态时， 调用WaitOne(int millisecondsTimeout)方法后并不会把状态返回为终止状态，此时还是非终止的，调用WaitOne方法自动改变状态只针对初始状态为终止状态时有效。

然而ManualResetEvent初始状态为终止状态时时调用WaitOne，则线程同样不会被阻止，但是ManualResetEvent的状态不会发生改变（当我再次调用WaitOne方法是一样不会阻止线程），需要我们手动终止()

下面通过一段代码来说明两者的区别：

using System;
using System.Threading;

namespace ManualResetEventSample
{
    class Program
    {
        // 初始化自动重置事件，并把状态设置为终止状态
        public static AutoResetEvent autoEvent = new AutoResetEvent(true);

        ////public static ManualResetEvent autoEvent = new ManualResetEvent(true);
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Main Thread Start run at: " + DateTime.Now.ToLongTimeString());
            Thread t = new Thread(TestMethod);
            t.Start();
            Console.Read();
        }

        public static void TestMethod()
        {
            // 初始状态为终止状态，则第一次调用WaitOne方法不会堵塞线程
            // 此时运行的时间间隔应该为0秒，但是因为是AutoResetEvent对象
            // 调用WaitOne方法后立即把状态返回为非终止状态。
            autoEvent.WaitOne();
            Console.WriteLine("Method start at : "+ DateTime.Now.ToLongTimeString());

            // 因为此时AutoRestEvent为非终止状态，所以调用WaitOne方法后将阻塞线程1秒，这里设置了超时时间
            // 所以下面语句的和主线程中语句的时间间隔为1秒
            // 当时 ManualResetEvent对象时，因为不会自动重置状态
            // 所以调用完第一次WaitOne方法后状态仍然为非终止状态,所以再次调用不会阻塞线程，所以此时的时间间隔也为0
            // 如果没有设置超时时间的话，下面这行语句将不会执行
            autoEvent.WaitOne(1000);
            Console.WriteLine("Method start at : " + DateTime.Now.ToLongTimeString());
          
           
        }
    }
}

运行结果：

如果你把创建事件为手动重置事件ManualResetEvent时，得到的运行结果就会下面这样：

2.3 跨进程之间同步

内核模式的构造可同步在同一台机器上的不同进程中运行的线程，所以我们同样可以使用 AutoResetEvent实现不同进程中运行的线程同步，但是此时需要对AutoResetEvent进行命名，但是AutoResetEvent只提供带一个参数的构造函数的，此时应该如何去实现不同进程中的线程同步的呢？

其实是有解决办法的，因为AutoResetEvent是继承自EventWaitHandle类的，EventWaitHandle类有多个构造函数的

除了之前的方法创建AutoResetEvent对象外，

还可以通过EventWaitHandle AutoEvent = new EventWaitHandle (false, EventResetMode.Auto);这样的方法来构造AutoResetEvent对象，通过

EventWaitHandle autoEvent = new EventWaitHandle (false, EventResetMode.Auto,"My");方式就可以指定名称了

下面一段代码演示如何实现跨不同进程中的线程同步：

using System;
using System.Threading;

namespace CrossProcess_EventWaitHandle
{
    class Program
    {
        public static EventWaitHandle autoEvent = new EventWaitHandle(true, EventResetMode.AutoReset, "My");
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Main Thread Start run at: " + DateTime.Now.ToLongTimeString());
            Thread t = new Thread(TestMethod);
            
            // 为了有时间启动另外一个线程
            Thread.Sleep(2000);
            t.Start();
            Console.Read();
        }

        public static void TestMethod()
        {
            // 进程一：显示的时间间隔为2秒
            // 进程二中显示的时间间隔为3秒
            // 因为进程二中AutoResetEvent的初始状态为非终止的
            // 因为在进程一中通过WaitOne方法的调用已经把AutoResetEvent的初始状态返回为非终止状态了
            autoEvent.WaitOne(1000);
            Console.WriteLine("Method start at : "+ DateTime.Now.ToLongTimeString());
        }
    }
}

运行结果：

本来打算在一篇文章里面讲述内核模式构造的，写着写着滚动条又变很小了，为了大家的阅读，我把信号量和互斥体放在后面一篇文章里面讲吧，相信后面的内容会很好理解的，因为后面两个类的使用和这篇中讲到的使用很类似，好歹都是继承WaitHandle类的。