《基于VB.NET的.NET Framework程序设计》教学指导手册—详细教案
锁，这时候写锁就起作用了，AcquireWriterLock就会返回，返回以后就会进入写操作区域。在这个区域内部，所有的读操作都是禁止的，所以进入Write（）方法的try这个代码区域以后，所有的AcquireReadLock都会被阻塞，直到调用ReleaseWriterLock()后，其他线程的AcquireReadLock才能返回，以便进入Read（）区域。这个类的使用并不复杂，但如果要自己实现这个类，相对来说是比较麻烦的，事实上可以通过Mutex类来实现ReadWriteLock，但代码量会很多。 .Net为开发人员提供了这样一个类，什么情况下需要使用ReadWriteLock类呢？ .Net里有一个System.Collection的命名空间，包含了各种各样的集合类，可以把很多数据都放在这个集合里面，比如队列、arraylist等等，这些都是集合数据类型。在操作集合数据类型时，例如从队列的一端向这个队列添加数据，并从另一端取出数据，单线程数据操作很简单，但如果多线程要操作这个集合类型时，就会涉及到同步的问题，有一些集合数据类型应该支持同时从集合里取数据，但修改集合中的数据时，只能允许一个线程操作，此时用到ReadWriteLock类。将这个类和集合数据类型配合就可以在保证线程安全的情况下，实现多个进程的同步操作。 需要注意的是，在.Net类库里，每一个类都会标明一个类型安全的特性，也就是说在多线程操作这个类时，如果文档里将这个类定义为类型安全的，那么就说明多线程可以放心地操作这个对象；如果不是类型安全的，那么在操作类对象时，必须进行线程同步。 在使用集合类型时，要先注意使用的集合类型。在调用大多数数据类型的方法，尤其是成员方法时，必须通过同步代码来保证对这些操作是线程安全的，因为大部分集合类型都是线程不安全的，必须通过同步，无论是16
第14章 线程和异步编程
手动同步还是同步区域，来保证访问数据类型时是线程安全的。 讲解课本：14.3.4 讲授： 阅书：14.3.5 在类库的文档中，每一个类都会有一个专门幻灯：第20页 的条目TypeSafety，即类型安全性，通过类型安全性显示该类的线程安全。集合数据类 型通常来说都不是线程安全的，只有Hashtable是例外。通常来说，开发人员需要使用Monitor、Mutex或者Synchronization属性对线程访问的方法做一个包装，以保证类型安全。 在使用集合数据类型的时候，需要注意，基本上所有的集合数据类型如Hashtable、arraylist等都有Synchronized属性，该属性会返回一个和原来类型完全一样的，但是线程安全的包装对象。例如，默认情况下，arraylist可以容纳很多数据，但是它不是类型安全的，因此可以调用arraylist. Synchronized这个属性，得到一个同步的arraylist类型的变量。比方说，现在有一个arraylist变量A，可以通过A1=A. Synchronized，返回一个类型安全的arraylist变量：A1。经过同步的arraylist对象，跟原有对象的内容是一样的，只是当使用A1去访问集合中的数据时，所有的方法都是经过线程同步的，这样就可以保证集合的线程安全。 使用Synchronized属性是一种比较方便的同步方法，当然也可以直接使用手动方式，如Mutex、Monitor等实现同步，但这样做会增加编码难度，且容易出错；手动方式也有好处，它可以从更细节的层面上去控制同步代码。开发人员应该根据需求和自己的情况，决定使用简单的Synchronized属性还是Monitor类。 讲解课本：14.3.5 17
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14.4线程的特殊主题
教学提示 ： 本节主要达到目的。
? 了解Timer类的一些技术点。（略讲） ? 了解线程池的相关技术。（精讲）
? 了解使用多线程与Windows窗体控件的方法。（略讲） ? 了解一些使用线程的最佳实践。（略讲） 教学内容 演示： 课本14.4.1的代码案例 讲授： 阅书：14.４.2 教学方法 幻灯：第23页 提示 课堂演示 MTA相关知识参考： http://lunwen.eliu.info/js7.htm 首先介绍线程池的概念。什么是线程池，线幻灯：第24页 程池的用途是什么，它和普通的线程有什么不同？线程池实际上和计算机的进程相关， 也就是说一个线程池是和一个进程相关的。 程序运行时，会有一个线程池和这个程序相关联，进程里的所有代码都可以利用线程池的功能。之所以把它叫做线程池，是因为对象内部包含了很多预先创建好的线程。使用线程池，就不需要事先编写线程函数，然后创建线程，也不需要把线程函数和线程关联起来。开发人员只要调用线程池的一个方法，例如，调用线程池ThreadPool类的QueueUserWorkItem方法，就可以把一个包装在某人委托中的任务传递到线程池内部，然后，线程池就会自动把这个任务分配给池中空闲的线程，并让该线程运行。 总的来说，线程池的使用是比较简单的，尤其是当多个不同的任务都要依靠多线程来运行时。但线程池也有一些问题，因为开发人员没办法指定和创建某一个线程，所以就不能指定线程优先级；而且有些线程可能会有一些比较独特的特性，比如运行时间很长等等，这时也不适合使用线程池；程序运行时，如果开发人员需要了解并控制正在运行18
第14章 线程和异步编程
的线程，那么也不能使用线程池，因为使用线程池的话，就不知道哪个线程运行特定的任务，也就无法对它做调度。另外，执行这个线程时，需要使用单元线程来执行任务的时候也要注意，因为线程池默认是使用MTA多线程单元来执行，所以这也是我们需要注意的。通常情况，什么程序会在单元线程里运行？消息处理机制的Windows程序的主线程需要在单元线程里运行，因为它需要与窗体和控件交互，需要处理Windows程序的消息，所以不能把它放在多线程单元里运行，因此，当线程在单线程单元里运行时，也不能使用线程池。 使用线程池时，可以对线程池里的线程使用IOCompletionCallback委托。一般来说，外部设备的速度相对较慢，程序会使用线程来执行读写数据等IO操作，但又不知该IO操作如何能执行完毕。这时候可以用IOCompletionCallback唤醒线程池里的线程，当IO操作完毕，获得数据后，线程池里的线程就会被这个异步委托唤醒，这样线程池里的线程就能立刻作出处理。 讲解课本：14.4.2 讲授： 阅书：14.4.3 前面介绍了线程池，它是一种比较简单的，幻灯：第25页 通过避免直接创建线程而利用多线程功能 的对象。下面要研究多线程和Windows窗体控件交互时会遇到的问题？需要注意的 是，Windows窗体控件只能在创建它们的线程里被直接控制，也就是说，主线程才能直接调用窗体控件、修改窗体控件的属性、调用窗体控件的方法，比如显示对话框等操作。从其他线程调用窗体控件的操作会被认为是不安全的，可能导致程序出现各种各样难以预料的结果。如果后台线程和额外创建的其他线程需要调用窗体控件，那么必须通过一个特殊的方法。可以使用MethodInvoker这个委托，从后台线程调用Windows窗体控件，每一个控件里都会有一些线程安全的方法，如Invoke、 BeginInvoke和EndInvoke，通过这些方法
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去调用线程就是安全的。 看下面代码示例。要调用窗体控件的某一个方法，比如要更新窗体的进度条，那么就要调用进度条控件的UpdateProgress方法，其他线程不能直接调用它，因此先使用MethodInvoker委托，把UpdateProgress包装起来，即先创建了一个MethodInvoker委托，它指向UpdateProgress方法。然后调用aFormControl控件的BeginInvoke方法，并且把刚刚创建的MethodInvoker对象mi传递给BeginInvoker方法。这样就通过MethodInvoker做了一个间接的包装，保证MethodInvoker内部可以控制线程的同步，对UpdateProgress方法的调用是安全的，此后再通过线程的BeginInvoke或者MethodInvoker去调用UpdateProgress方法就是安全的了。 用后台线程调用窗体控件时都会使用这种方式。首先用MethodInvoker创建一个委托，指向要调用的函数，然后再用控件的BeginInvoke方法调用MethodInvoker这个委托来完成方法调用。需要注意的是，在高级编程课程本章后的练习中会有一些多线程的习题，该习题要在多线程编程中调用窗体控件，并在窗体控件上显示并更新数据信息，在课后练习题中会用到上面所讲的内容。 讲解课本14.4.3 讲授： 现在我们来看一下有哪些推荐的操作： 讲解课本：14.4.4 阅书：14.4.4 幻灯：第26页 20