在第4章中讨论了并行编程的潜在问题，其中之一就是同步开销。当将工作分解为多个工作项并由任务处理时，就需要同步每个线程的结果。线程局部存储和分区局部存储，某种程度上可以解决同步问题。但是，当数据共享时，就需要用到同步原语。
因篇幅所限，本章为第3篇。本章主要介绍信号原语。
本教程对应学习工程：魔术师Dix / HandsOnParallelProgramming · GitCode
6、信号原语
并行编程的一个重要方面是任务协调。
在创建任务时，可能会遇到 生产者/消费者（Producer/Consumer）场景，其中一个线程（消费者）在等待另一个线程（生产者）更新共享资源。由于消费者不知道生产之何时更新共享资源，因此它将轮询共享资源，可能导致竞争，且轮询的效率很低。最好使用 .NET Framework 提供的信号原语（Singaling Primitive）：消费者线程将暂停，直到从生产者线程接收到信号为止。
6.1、Thread.Join
Thread.Join 方法 (System.Threading) | Microsoft Learn在此实例表示的线程终止前，阻止调用线程。
https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.thread.join?view=netstandard-2.1#system-threading-thread-join Thread.Join 是使线程等待另一个线程信号的最简单方法，示例代码如下：
private void RunWithThreadJoin()
{
int result = 0;
Thread th1 = new Thread(() =>
{
Debug.Log("Th1 Start !");
Thread.Sleep(1000);
result = 100;
Debug.Log("Th1 End !");
});
Thread th2 = new Thread(() =>
{
Debug.Log($"Th2 Result Start: {result}");
th1.Join();
Debug.Log($"Th2 Result End: {result}");
});
th1.Start();
th2.Start();
}此代码运行结果如下：
6.2、AutoResetEvent
AutoResetEvent 是指自动重置的 WaitHandle 类。重置后，允许一个线程通过创建的屏障，一旦线程通过，它们就会再次被设置，从而阻塞线程直到下一个信号。
private void RunWithAutoResetEvent()
{
int result = 0;
Parallel.For(0, 1001, x =>
{
result += x;
});
Debug.Log($"Result = {result}");
}显然这段代码是的结果，理论上是 500500，但实际上多运行几次，结果总会有所不同：
这个原因就不赘述了，很显然了。下面用 AutoResetEvent 来进行改造：
private void RunWithAutoResetEvent()
{
AutoResetEvent autoResetEvent = new AutoResetEvent(false);
Task.Run(() =>
{
int result = 0;
autoResetEvent.Set();
Parallel.For(0, 1001, x =>
{
autoResetEvent.WaitOne(100);//会阻塞线程！
result += x;
autoResetEvent.Set();
});
Debug.Log($"Result = {result}");
});
}最后结果达到预期，没有了线程竞争的问题：
（17次执行结果都是500500）
6.3、ManualResetEvent
ManualResetEvent 类 (System.Threading) | Microsoft Learn表示线程同步事件，收到信号时，必须手动重置该事件。 此类不能被继承。https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.manualresetevent?source=recommendations&view=netstandard-2.1 ManualResetEvent 是指需要手动重置的等待句柄，允许多个线程通过，直到它再次被设置。
private ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);
private bool IsReset;
private void RunWithManualResetEvent()
{
Task.Run(async () =>
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
manualResetEvent.WaitOne();
await Task.Delay(1000);
Debug.Log("Task 1 Loop : " + i);
}
});
Task.Run(async () =>
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
manualResetEvent.WaitOne();
await Task.Delay(1000);
Debug.Log("Task 2 Loop : " + i);
}
});
}
private void SetManualResetEvent()
{
if (IsReset)
manualResetEvent.Reset();
else
manualResetEvent.Set();
IsReset = !IsReset;
}如上述代码，Task 1 和 Task 2 都可以被暂时挂起等待。而我们设置的 manualResetEvent 可以同时管理这两个线程任务的等待。
6.4、WaitHandle
WaitHandle 是继承 MarshalByRefObject 的抽象类，用于同步应用程序中的线程。调用 WaitHandle 类的任何方法都可以阻塞线程，而释放线程取决于选择的 Signaling 构造的类型。
其实在之前章节我们已经用过 WaitHandle 了，AutoResetEvent 和 ManualResetEvent 都是继承自 WaitHandle 。通过之前章节的使用，相信大家已经知道这个类的基本用法了。这里单独说一下 WaitHanlde 的两个静态方法：
-
WaitAll：线程等待数组中的所有等待句柄收到信号。
-
WaitAny：线程等待指定一组等待句柄中的任何一个被发出信号。
我们写一段示例代码：
public static void RunWithWaitHandle()
{
AutoResetEvent[] waitHandles =
{
new AutoResetEvent(false),
new AutoResetEvent(false),
};
RandomTimeToSet(waitHandles[0]);
RandomTimeToSet(waitHandles[1]);
WaitHandle.WaitAll(waitHandles);//等待2个任务的信号
//WaitHandle.WaitAny(waitHandles);//等待2个任务中任意一个信号
Debug.Log($"RunWithWaitHandle 执行完成 !");
}
public static void RandomTimeToSet(AutoResetEvent handle)
{
Task.Run(async () =>
{
System.Random random = new System.Random();
int waitTime = random.Next(1000, 10000);
Debug.Log($"开始等待 {waitTime} !");
await Task.Delay(waitTime);
Debug.Log($"等待 {waitTime} 完成");
handle.Set();//发出信号
});
}这里我们用 WaitAll 来测试，结果如下：
当然，如果用 WaitAny 则只需要等待其中一个任务发出信号即可。
这里值得一提的还有一个 API：
-
SignalAndWait：向一个 WaitHandle 发出信号并等待另一个。
直接看说明比较抽象，这里直接展示代码：
public static void RunWtihWatiHandleSignalAndWait()
{
var autoResetEvent1 = new AutoResetEvent(false);
var autoResetEvent2 = new AutoResetEvent(false);
WaitSingalToDebug(autoResetEvent1);
RandomTimeToSet(autoResetEvent2);
Task.Run(async () =>
{
await Task.Delay(500);
WaitHandle.SignalAndWait(autoResetEvent1, autoResetEvent2);
Debug.Log($"RunWtihWatiHandleSignalAndWait 执行完成 !");
});
}
public static void WaitSingalToDebug(AutoResetEvent handle)
{
Task.Run(() =>
{
Debug.Log("WaitSingalToDebug 开始等待!");
handle.WaitOne();
Debug.Log("WaitSingalToDebug 等待完成!");
});
}执行结果如下：
可以看到，SignalAndWait 这一行代码直接相当于同时执行2个操作：Set 和 WaitOne 。立即向 autoResetEvent1 发出信号使得 WaitSingalToDebug 这个任务能够正常执行；同时又等待 RandomTimeToSet 任务的信号以继续。
WaitHandle 的用处还是很有用的。有时我们并不想等待其他任务执行完成，又需要其他任务提供一个节点以继续运行，此时使用 WaitHandle 会是不错的选择。
（未完待续）