Проблема конкурентного доступа
Проблема конкурентного доступа
До сих пор все многопоточные приложения, созданные вами при изучении материала этой главы, были устойчивыми в отношении потоков, поскольку в них соответствующие методы вызывались только одним объектом Thread. Конечно, некоторые из ваших приложений могут быть настолько же простыми, но большинство многопоточных приложений содержит очень много вторичных потоков. С учетом того, что все потоки в домене приложения могут претендовать на доступ к открытым данным приложения одновременно, представьте себе, что может случиться, если к одному и тому же элементу данных получит доступ множество потоков. Поскольку планировщик потоков может приостановить работу потока в любой момент времени, что будет, если поток А будет отстранен от выполнения своей работы на полпути до того, как он эту работу завершит? Поток В будет читать некорректные данные.
Чтобы проиллюстрировать проблему конкурентного доступа, давайте построим еще одно консольное приложение C#, которое мы назовем MultiThreadedPrinting, Это приложение будет использовать класс Printer, созданный нами ранее, но на этот раз метод PrintNumbers() "заставит" текущий поток делать паузы произвольной длительности в соответствии со случайно генерируемыми значениями.
public class Printer {
public void PrintNumbers() {
…
for (int i = 0; i ‹ 10; i++) {
Random r = new Random();
Thread.Sleep(1000 * r.Next(5));
Console.Write(i + ", ");
}
Console.WriteLine();
}
}
Метод Main() отвечает за создание массива из десяти объектов Thread с уникальными именами), каждый из который вызывает один и тот же экземпляр Printer.
class Program {
static void Main(string[] args) {
Console.WriteLine("***** Синхронизация потоков ***** ");
Printer p = new Printer();
// Создание 10 потоков, указывающих на один и тот же метод
// одного и того же объекта.
Thread[] threads = new Thread[10];
for (int i = 0; i ‹ 10; i++) {
threads[i] =new Thread(new ThreadStart(p.PrintNumbers));
threads[i].Name = string.Format("Рабочий поток #{0}", i);
}
// Теперь старт каждого их них.
foreach (Thread t in threads) t.Start();
Console.ReadLine();
}
}
Перед тем как выполнить тестовый запуск программы, давайте обсудим cо-ответствующую проблему. Здесь первичный поток в рамках домена приложения порождает десять вторичных рабочих потоков. Каждому рабочему потоку дается указание вызвать метод PrintNumbers() одного и того же экземпляра Printer. Поскольку здесь не предпринято никаких мер по блокированию общедоступных ресурсов данного объекта (консоли), имеется большая вероятность того, что текущий поток будет приостановлен до того, как метод PrintNumbers() закончит вывод всех своих результатов. Вы не знаете точно, когда это случиться (и случится ли вообще), поэтому нужно быть готовым к непредвиденным результатам. Например, может получиться вывод, показанный на рис. 14.8.
Рис. 14.8. Конкуренция в действии, первая попытка
Выполните приложение еще несколько раз. На рис. 14.9 показана другая возможность вывода (ваши результаты, очевидно, тоже будут другими).
Рис. 14.9. Конкуренция в действии, вторая попытка
Ясно, что проблемы здесь действительно есть. Каждый поток дает указание объекту Printer печатать числовые данные, и планировщик потоков запускает выполнение этих потоков в фоновом режиме. В результате получается несогласованный вывод. В этом случае мы должны программно организовать синхронизованный доступ к совместно используемым ресурсам. Нетрудно догадаться, что в пространстве имен System.Threading есть целый ряд типов, имеющих отношение к синхронизации. А язык программирования C# предлагает специальное ключевое слово, как раз для решения задач синхронизации совместного доступа к данным в многопоточных приложениях.
Замечание. Если у вас не получается сгенерировать непредвиденный вывод, увеличьте число потоков с 10 до 100 (например) или добавьте в свою программу вызов Thread.Sleep(). В конце концов вы все равно столкнетесь с проблемой конкурентного доступа