控制台研究

控制台类似于socket，是由两个流组成的一个复合对象。“由两个流组成的复合对象”初看起来有点奇怪，仔细研究发现计算机中凡是实现双向通信的装置大都如此。流是单向的，是一端读取另一端的数据，或者说是另一端向一端写入数据。这只能实现单向的通信，成为单工。如果有了正反两个方向的流，就构成了一个双向通信的装置，成为双工。并且这个装置可以实现数据同时在两个方向上流动。

还有一种通信通道被称为“半双工”，虽然也可以实现双向通信，但是只能是由双方分时复用一条通信线路，即不能同时。我觉得计算机在底层实现半双工反而比双工困难。在高层应用可以找到一些半双工模式的通信，例如HTTP。这些模式好像在底层都是由双工实现的，只是放弃了同时双向通信的特质。

控制台的Write方法是原子性的，不会被其他线程所中断。我认为控制台的这一特性为使用控制台进行多线程测试奠定了基础。这一点的不到保证的话控制台在多线程下的输出将十分可怕。

当线程执行到Read系列方法的时候，如果流中有字符，将读取出来，并将该字符echo到控制台的输出流；如果读取完毕则返回，如果没有读取完毕就继续读去。如果读取时输入流中没有任何数据，那么线程将被阻塞。这就是为什么我们输入字符的时候，这些字符会被回显到显示器上。Echo写只是普通的对控制台的写，如果此时控制台正在执行大量的Write方法调用，那么Echo字符将与这些调用以未指定的方式夹杂在一起。

这里一个令人困惑的地方是，如果程序已经阻塞，为什么控制台还能接受按键呢？我认为，控制台是操作系统中的一个装置，是由操作系统维护的，而我们的程序只是和这个装置打交道而已。虽然我们的程序阻塞了，但是操作系统是能够正常响应的。因此当用户有了特定的输入是，操作系统向这个控制台的输入流写入数据，从而解除了我们程序的阻塞状态。这也是为什么我们的程序在不断的输出过程中（while(true)Console.WriteLine(“xxx”);）能够响应break键的操作。控制台的输入流和输出流都是独占性资源，必须获取其锁才能访问。而当按下break键，操作系统将尽快回收控制台的锁，从而使程序中的Write方法阻塞。

同样可知，Console.Read系列方法也是要独占控制台的输入流才能执行的。因此多个线程的Console.Read方法同时执行，一次只有一个线程能够获得输入。例如如果是ReadLine方法的话，将只有一个线程能够从控制台读取一行数据。

Test:

Code
 1using System;
 2using System.Text;
 3using System.Threading;
 4
 5namespace ThreadTest
 6{
 7
 8    public class Test2
 9    {
        /**//*
         * 测试对控制台的输入和输出的关系。
         * Write是从控制台输出
         * Read是从控制台输入
         * 一个线程向控制台的输出不会成为另一个线程从控制台的输入
         * 可以将 Console与Socket类比，包含了一个输入流和一个输出流
         * 这两个流都可以被多个线程访问
         */
        run1#region run1
        private void Thread1Method()
        {
            string s = Console.ReadLine();
            Console.WriteLine("Thread1Method recived:" + s);
        }
        private void Thread2Method()
        {
            Console.WriteLine("Thread2 Output");
        }

        public void Run()
        {
            new Thread(new ThreadStart(Thread1Method)).Start();

            Thread.Sleep(1000);

            new Thread(new ThreadStart(Thread2Method)).Start();

            Thread.Sleep(10000);
        }
        #endregion


        /**//*
         * Console的工作原理
         * Console在每次输入流（不重定向的话就是键盘）输入的时候向输出流
         * 写下输入的这个字符，这被称为“echo”
         * 因此当一个线程不停的输出字符时，echo写入将混迹于其中
         * 但Console是能够正常接收到这个字符的
         * 也就是说，敲键盘和屏幕显示字符本来就是两件不相关的事，是echo功能把两个东西联系在了一起
         * 要证实这个理论，可以以很快的速度敲一个字符，然后按break键，向上拉滚动条就能够看到echo字符和write方法输出的字符混在一块
         * 那么break是什么原理？
         * 这个不太重要，所以提一个假设就不再尝试了：
         * Write需要获取一个锁才能写，而Break键能够获取这个锁，从而阻塞了所有的Write方法
         * 
         */
        Run2#region Run2

        public void Run2()
        {
            new Thread(new ThreadStart(Output)).Start();

            new Thread(new ThreadStart(Input)).Start();

            Thread.Sleep(30000);
        }

        private void Output()
        {
            while (true)
            {
                lock (syncObj)
                {
                    Console.WriteLine("The Billie Jean is not my lover..");
                }
            }
        }

        private void Input()
        {
            Console.Write("Input it:");
            string s = Console.ReadLine();
            lock (syncObj)
            {
                Console.Write("You inputed " + s);
                Console.Read();
            }

        }

        private object syncObj = new object();

        #endregion
    }
}

 

Code
 1using System;
 2using System.Text;
 3using System.Threading;
 4
 5namespace ThreadTest
 6{
 7    //测试控制台输出的原子性
 8    //Write方法是原子的不会被其他线程的Write中断
 9    class Test1
    {
        private const int MessageLength = 1000;

        public void Run()
        {
            Thread thread1 = new Thread(new ThreadStart(Output1));
            Thread thread2 = new Thread(new ThreadStart(Output2));

            thread1.Start();
            thread2.Start();

            Thread.Sleep(30000);

        }

        private void Output1()
        {
            Output('1');
        }

        private void Output2()
        {
            Output('2');
        }

        private void Output(char c)
        {
            StringBuilder sb = new StringBuilder(MessageLength);
            for (int i = 0; i < MessageLength; i++)
            {
                sb.Append(c);
            }
            string message = sb.ToString();
            for (int i = 0; i < 100; i++)
            {
                Console.WriteLine(message);
            }
        }

    }
}

 

 

Code
 1using System;
 2using System.Collections.Generic;
 3using System.Linq;
 4using System.Text;
 5using System.Threading;
 6
 7namespace ThreadTest
 8{
 9    public class Test3
    {
        /**//*
         * 多个线程同时读取输入流也是要排队的
         * 或者说有锁的，最先到达（read/readline）的线程锁定了控制台的读取流
         * 然后读取到数据后释放读取流锁
         * 其它的线程才能够从控制台读取东西
         */
        public void Run()
        {
            new Thread(new ThreadStart(Thread1Method)).Start();
            new Thread(new ThreadStart(Thread2Method)).Start();

            Thread.Sleep(30000);
        }

        private void Thread1Method()
        {
            string s = Console.ReadLine();
            Console.WriteLine("Thread1->Just inputed: " + s);
        }

        private void Thread2Method()
        {
            string s = Console.ReadLine();
            Console.WriteLine("Thread2->Just inputed: " + s);
        }

        /**//*
         * 这个实验是为了测试为什使用一个线程时，主线程阻塞后按键的Echo没有了
         * 这是因为，Echo虽然是控制台本身的性质，但是必须借助一定的契机才能输出
         * 当只使用一个线程时，而这个线程处于阻塞状态，按下任何字符好像都没有反应
         * 但这是一个假象，因为控制台是操作系统的设施，只要操作系统还能响应，这些输入就都已经进入输入流中
         * 但是由于所有线程都处于阻塞状态，这些输入的字符没法得到处理
         * 直到有ReadLine或者Read方法调用
         * 当调用ReadLine方法的时候，如果控制台的Echo属性为True，那么就进入读取-打印循环，直到遇到换行符为止
         * ReadLine方法每从输入流中读取一个字符后，都会把这个字符Write出来这是控制台Echo属性的要求
         */
        public void Run2()
        {
            Thread.Sleep(5000);
            Console.WriteLine("fff");
            //string s = Console.ReadLine();
            //Console.Write("ECHO:" + s);
            //Console.Read();
            Thread.Sleep(5000);
        }
    }
}