Monitor.Wait() 和 Monitor.Pulse() 的线程问题答案

【问题标题】：Threading problem with Monitor.Wait() and Monitor.Pulse()Monitor.Wait() 和 Monitor.Pulse() 的线程问题
【发布时间】：2010-10-18 01:43:38
【问题描述】：

我在 ASP.NET 中有一个生产者-消费者场景。我设计了一个Producer 类，一个Consumer 类和一个用于保存共享对象并负责生产者和消费者之间通信的类，我们称之为Mediator。因为我在启动时（在父对象中）分叉了执行路径，一个线程会调用Producer.Start()，而另一个线程会调用Consumer.Start()，所以我需要将Mediator 的引用传递给Producer 和Consumer （通过Constructor）。 Mediator 是一个智能类，它将优化许多事情，比如它的内部队列的长度，但现在将其视为循环阻塞队列。 Producer 会将新对象入队到Mediator，直到队列已满，然后Producer 将阻塞。 Consumer dequeues 对象从 Mediator 直到队列中没有任何内容。对于线程之间的信令，我在Mediator 类中实现了两个方法：Wait() 和Pulse()。代码是这样的：

Class Mediator
{
  private object _locker = new object();

  public void Wait()
  {
    lock(_locker)
      Monitor.Wait(_locker);
  }

  public void Pulse()
  {
    lock(_locker)
      Monitor.Pulse(_locker);
  }
}

// This way threads are signaling:

Class Consumer
{
  object x;
  if (Mediator.TryDequeue(out x))
    // Do something
  else
    Mediator.Wait();
}

在 Mediator 内部，我每次 Enqueued 或 Dequeued 使用 this.Pulse()，这样等待的线程就会收到信号并继续工作。

但我遇到了死锁，因为我从未使用过这种设计来发送信号线程，所以我不确定设计有问题还是我在其他地方做错了什么？

谢谢

【问题讨论】：

为什么每次出队时都要调用 Pulse（从而让生产者重新获得锁）？通常消费者会消费直到没有剩余物品，然后才调用Wait而不是Pulse。
因为生产者正在从外部服务器接收数据，我不确定它们的速度和可用性。所以对于 QoS（服务质量），我提前缓冲了 5 分钟消费者的需求。

标签： c# asp.net multithreading

【解决方案1】：

这里没有太多代码可以继续，但我最好的猜测是你有一个live-lock 问题。如果在Mediator.Wait 之前调用Mediator.Pulse，那么即使队列中有东西，信号也会丢失。这是实现阻塞队列的标准模式。

public class BlockingQueue<T>
{
  private Queue<T> m_Queue = new Queue<T>();

  public void Enqueue(T item)
  {
    lock (m_Queue)
    {
      m_Queue.Enqueue(item);
      Monitor.Pulse(m_Queue);
    }
  }

  public T Dequeue()
  {
    lock (m_Queue)
    {
      while (m_Queue.Count == 0) 
      {
        Monitor.Wait(m_Queue);
      }
      return m_Queue.Dequeue();
    }
  }
}

注意Monitor.Wait 仅在队列为空时调用。还要注意它是如何在while 循环中调用的。这是因为Wait 的优先级不高于Enter，因此进入Dequeue 的新线程可能会占用最后一项，即使对Wait 的调用已准备好返回。如果没有循环，线程可能会尝试从空队列中删除项目。

【讨论】：

【解决方案2】：

如果您可以使用 .NET 4，最好的办法是使用 BlockingCollection<T> (http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd267312.aspx) 来处理队列长度。

【讨论】：

我简化了场景。 Mediator 是一个复杂的类，可以做更多的事情。该项目已经在 .NET 4.0 上，并且已经使用了 ConcurrentQueue 和 ConcurrentBag 等一些功能。问题是关于生产者和消费者线程之间的信令方法。
BlockingCollection<T> 几乎可以肯定是他们之间交流的最佳方式。比尝试编写自己的信号、排队和出队代码要好得多，除非您有非常具体的要求无法使用它来满足。
Monitor.Wait 在调用时释放锁，如果线程被选择接收Monitor.Pulse 信号，则重新获取它。

【解决方案3】：

设计没有错。

当您使用Monitor.Wait() 和Monitor.Pulse() 当您不知道哪个线程将首先完成它的工作（生产者或消费者）时，问题就会出现。在这种情况下，使用AutoResetEvent 可以解决问题。当消费者到达应该消费生产者生成的数据的部分时，请考虑消费者。也许它在生产者发出脉冲之前到达那里，那么一切都很好，但是如果消费者在生产者发出信号后到达那里怎么办。是的，然后您会遇到死锁，因为生产者已经为该部分调用了 Monitor.Pulse() 并且不会重复它。使用AutoResetEvent，您确定消费者在那里等待来自生产者的信号，如果生产者在消费者到达该部分之前已经发出信号，则大门打开，消费者将继续。

可以在 Mediator 中使用 Monitor.Wait() 和 Monitor.Pulse() 来发送等待线程的信号。

【讨论】：

【解决方案4】：

是否有可能因为 Pulse 不存储任何状态而发生死锁？这意味着如果Producer 在Consumer 调用Wait 之前/之后调用Pulse，那么Wait 将阻塞。这是documentation 中Monitor.Pulse 的注释

另外，您应该知道object x = new object(); 是无关的——out 调用将初始化x，因此创建的对象将超出TryDequeue 调用的范围。

【讨论】：

感谢您的注意，因为我没有在 x 上使用 new。代码编辑为正确版本 -> 对象 x;
也许在这种情况下使用“AutoResetEvent”会更好，但它的性能是否足够好。代码应该高度优化。
我认为 AutoResetEvent 在性能方面已经足够好了，这比在TryDequeue 成功之前让线程休眠要好...

【解决方案5】：

很难用提供的代码示例来判断。

锁是否在其他地方？在调解员内？
线程是否只是在获取锁而不是在实际的等待调用时停止？
您是否暂停了调试器中的线程以查看当前状态？
您是否尝试过一个简单的测试，只需将一个简单的单个值放入队列并使其工作？还是 Mediator 在这一点上相当复杂？

在 Mediator 类和您的生产者类中提供更多详细信息之前，这是一些疯狂的猜测。似乎某些线程可能在您不期望的情况下持有锁。一旦脉冲，您确实需要通过退出“锁定”范围来释放任何线程可能拥有的锁。所以，如果在 Mediator 的某个地方你有锁，然后调用 Pulse，你需要退出持有锁的最外层范围，而不仅仅是 Pulse 中的那个。

【讨论】：

'Producer' 和 'Consumer' Start() 方法都进入了无限循环。当他们需要相互发送信号时，他们使用 Mediator 上的方法。在调试器上一切都很好，似乎至少有一个线程在错误的时间到达了某个地方。在这种情况下使用“AutoResetEvent”是否更好，它的性能是否足够好？
我不得不认为根本问题仍然没有解决。虽然 AutoResetEvent 可能暂时让事情重新开始，但仍然存在一些潜在的问题。设置本身的性能可能还可以，但是您的无限循环可能会导致许多不必要的获取和释放锁。有了您对程序功能的所有说明，Monitor.Wait() 和 Monitor.Pulse() 就足够了。 davisoa 指出的 MS 文档有一个 Producer/Consumer 示例，看起来很简单，可以使用。
来自 MSDN 的那篇文章 (msdn.microsoft.com/en-us/library/yy12yx1f%28VS.80%29.aspx) 不起作用，您可以在文章底部找到来自 Brian Gideon 的最新评论
不确定该链接来自何处。我指的是 davisoa (msdn.microsoft.com/en-us/library/…) 列出的那个。

【解决方案6】：

你能重构一个普通的消费者/生产者队列吗？然后可以在单个类中处理入队和出队以及线程信号，因此无需传递公共锁。然后可以通过委托处理出队过程。如果你愿意，我可以发布一个例子。

【讨论】：

对象很复杂，将它们全部放在一个类中会使该类难以理解和维护。