C# 進階特性實戰：屬性、反射、多執行緒與同步化完全指南

前言

本文深入探討 C# 進階特性：自訂屬性與反射實現中繼資料驅動、多執行緒建立與控制、同步化機制，並提供完整可執行範例。

一、屬性：為程式碼附加中繼資料

1. 定義自訂屬性

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method | AttributeTargets.Property, AllowMultiple = true)]
public class CodeReviewAttribute : Attribute
{
    public string Date { get; }
    public string Reviewer { get; }
    public string Comment { get; set; }

    public CodeReviewAttribute(string date, string reviewer)
    {
        Date = date; Reviewer = reviewer;
    }
}

2. 套用屬性

[CodeReview("2024-01-15", "Alice", Comment = "效能優化完成")]
public class Employee { ... }

3. 反射讀取屬性

MemberInfo info = typeof(Employee);
foreach (var attr in info.GetCustomAttributes(false))
{
    if (attr is CodeReviewAttribute cra)
        Console.WriteLine($"{cra.Date} by {cra.Reviewer}: {cra.Comment}");
}

二、反射：執行時發現與晚期繫結

1. 組件與型別發現

Assembly asm = Assembly.Load("mscorlib.dll");
foreach (Type t in asm.GetTypes())
    Console.WriteLine(t.FullName);

2. 晚期繫結呼叫 Math.Pow

Type mathType = Type.GetType("System.Math");
object obj = Activator.CreateInstance(mathType);

MethodInfo pow = mathType.GetMethod("Pow", new[] { typeof(double), typeof(double) });
object result = pow.Invoke(obj, new object[] { 5.0, 3.0 }); // 125

三、多執行緒基礎

1. 建立與啟動執行緒

using System.Threading;

Thread t1 = new Thread(CountUp) { Name = "Thread-1" };
Thread t2 = new Thread(CountUp) { Name = "Thread-2" };
t1.Start(); t2.Start();

2. 執行緒聯結與終止

t1.Start(); t2.Start();
t1.Join(); t2.Join(); // 等待結束
Console.WriteLine("所有執行緒完成");

3. 睡眠與中止

Thread.Sleep(1000); // 休眠 1 秒
t1.Abort();         // 強制中止（不推薦，改用 CancellationToken）

四、同步化：解決競爭條件

1. Interlocked 原子操作

int counter = 0;
Interlocked.Increment(ref counter); // 執行緒安全遞增

2. lock 關鍵字（Monitor 封裝）

object _lock = new object();
int shared = 0;

void SafeIncrement()
{
    lock (_lock)
    {
        int temp = shared;
        Thread.Sleep(1); // 模擬工作
        shared = temp + 1;
        Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name}: {shared}");
    }
}

注意：lock(this) 或 lock(typeof(Type)) 易造成死鎖，建議使用 private readonly object _lock = new(); 專用鎖定物件。

3. 進階同步化原語

• Mutex：跨處理序同步
• Semaphore/SemaphoreSlim：控制並發存取數
• ReaderWriterLockSlim：讀多寫少場景優化
• Monitor.Wait/Pulse：條件變數模式

五、現代非同步替代方案

新專案建議優先使用 Task、async/await、Parallel、PLINQ，而非手動管理 Thread：

await Task.Run(() => DoWork());
Parallel.For(0, 100, i => Process(i));

總結

屬性與反射賦予 C# 強大的中繼資料驅動能力；多執行緒與同步化是高併發系統的基石。理解底層機制（Monitor、Interlocked）有助於排查死鎖與競爭條件，但在現代開發中，請優先擁抱 Task 與 async/await 的高階抽象。