Головна небезпека (загальні дані)

До справжнього моменту розглядався єдиний безпечний випадок використання потоків — наші потоки не змінювали загальних даних. Якщо вирішити зміну загальних даних, потенційні помилки починають плодитися в геометричній прогресії і позбавити від них програму стає набагато важчим. З іншого боку, якщо заборонити модифікацію загальних даних різними потоками, багатопотокове програмування .NET практично не відрізнятиметься від обмежених можливостей Vb6.

Вашій увазі пропонується невелика програма, яка демонструє виникаючі проблеми, не заглиблюючись в зайві подробиці. У цій програмі моделюється будинок, в кожній кімнаті якого встановлений термостат. Якщо температура на 5 і більше градусів за Фаренгейтом (близько 2,77 градусів за Цельсієм) менше покладеною, ми наказуємо системі опалювання підвищити температуру на 5 градусів; інакше температура підвищується тільки на 1 градус. Якщо поточна температура більше або рівна заданою, зміна не проводиться. Регулювання температури в кожній кімнаті здійснюється окремим потоком із затримкою 200-мілісекунди. Основна робота виконується наступним фрагментом:

If mhouse.HouseTemp < mhouse.MAX_TEMP = 5 Then Try

Thread.Sleep(200)

Catch tie As Threadlnterruptedexception

' Пасивне очікування було перерване

Catch e As Exception

' Інші виключення End Try

mhouse.HouseTemp +- 5 ' І так далі

Нижче приведений повний початковий текст програми. Результат показаний на мал. 10.6: температура в будинку досягла 105 градусів за Фаренгейтом (40,5 градуса за Цельсієм)!

1 Option Strict On

2 Imports System.Threading

3 Module Modulel

4 Sub Main()

5 Dim myhouse As New House(l0)

6 Console. Readline()

7 End Sub

8 End Module

9 Public Class House

10 Public Const Max_temp As Integer = 75

11 Private mcurtemp As Integer = 55

12 Private mrooms() As Room

13 Public Sub New(Byval numofrooms As Integer)

14 Redim mrooms(numofrooms = 1)

15 Dim i As Integer

16 Dim athreadstart As Threading.ThreadStart

17 Dim athread As Thread

18 For i = 0 To numofrooms -1

19 Try

20 mrooms(i)= NewRoom(Me, mcurtemp,cstr(i)&"throom")

21 athreadstart - New Threadstart(Addressof _

mrooms(i).CheckTempInRoom)

22 athread =New Thread(athreadstart)

23 athread.Start()

24 Catch E As Exception

25 Console.WriteLine(E.StackTrace)

26 End Try

27 Next

28 End Sub

29 Public Property Housetemp()As Integer

30 . Get

31 Return mcurtemp

32 End Get

33 Set(Byval Value As Integer)

34 mcurtemp = Value 35 End Set

36 End Property

37 End Class

38 Public Class Room

39 Private mcurtemp As Integer

40 Private mname As String

41 Private mhouse As House

42 Public Sub New(Byval thehouse As House

Byval temp As Integer, Byval roomname As String)

43 mhouse = thehouse

44 mcurtemp = temp

45 mname = roomname

46 End Sub

47 Public Sub Checktempinroom()

48 Changetemperature()

49 End Sub

50 Private Sub Changetemperature()

51 Try

52 If mhouse.HouseTemp < mhouse.MAX_TEMP - 5 Then

53 Thread.Sleep(200)

54 mhouse.HouseTemp +- 5

55 Console.WriteLine("Am in " & Me.mName & _

56 ".Current temperature is "&mhouse.HouseTemp)

57 . Elself mhouse.HouseTemp < mhouse.MAX_TEMP Then

58 Thread.Sleep(200)

59 mhouse.HouseTemp += 1

60 Console.WriteLine("Am in " & Me.mName & _

61 ".Current temperature is " & mhouse.HouseTemp)

62 Else

63 Console.WriteLine("Am in " & Me.mName & _

64 ".Current temperature is " & mhouse.HouseTemp)

65 ' Нічого не робити, температура нормальна

66 End If

67 Catch tae As Threadlnterruptedexception

68 ' Пасивне очікування було перерване

69 Catch e As Exception

70 ' Інші виключення

71 End Try

72 End Sub

73 End Class

Мал. 10.6. Проблеми багатопоточності

У процедурі Sub Main (рядки 4-7) створюється «будинок» з десятьма «кімнатами». Клас House встановлює максимальну температуру 75 градусів за Фаренгейтом (близько 24 градусів за Цельсієм). У рядках 13-28 визначається досить складний конструктор будинку. Ключовими для розуміння програми є рядки 18-27. Рядок 20 створює черговий об'єкт кімнати, при цьому конструктору передається посилання на об'єкт будинку, щоб об'єкт кімнати при необхідності міг до нього звернутися. Рядки 21-23 запускають десять потоків для регулювання температури в кожній кімнаті. Клас Room визначається в рядках 38-73. Посилання на об'єкт House зберігається в змінній mhouse в конструкторі класу Room (рядок 43). Код перевірки і регулювання температури (рядки 50-66) виглядає просто і природно, але як ви незабаром переконаєтеся, це враження брехливе! Звернете увагу на те, що цей код поміщений в блок Try-catch, оскільки в програмі використовується метод Sleep.

Навряд чи хто-небудь погодиться жити при температурі в 105 градусів за Фаренгейтом (40,5 24 градусів за Цельсієм). Що ж відбулося? Проблема пов'язана з наступним рядком:

If mhouse.HouseTemp < mhouse.MAX_TEMP - 5 Then

А відбувається наступне: спочатку температуру перевіряє потік 1. Він бачить, що температура дуже низка, і піднімає її на 5 градусів. На жаль, перед підвищенням температури потік 1 уривається і управління передається потік 2. Потік 2 перевіряє ту ж саму змінну, яка ще не була змінена потоком 1. Таким чином, потік 2 теж готується підняти температуру на 5 градусів, але зробити цього не встигає і теж переходить в стан очікування. Процес продовжується до тих пір, поки потік 1 не активізується і не перейде до наступної команди — підвищення температури на 5 градусів. Підвищення повторюється при активізації всіх 10 потоків, і мешканцям будинку доведеться погано.