實例解析 C++/CLI 多執行緒：多任務、同步化與監視器

基本概念

• 執行緒：單一執行流，擁有獨立暫存器與堆疊。單核心下透過時間片輪轉與上下文切換實現並發。
• 進程：位址空間容器，至少含一條主執行緒。進程內所有執行緒共享記憶體與資源。
• 多執行緒：將工作分解為子任務，由不同執行緒平行執行，提高回應性與吞吐量。
• 原子性：讀寫操作不可分割 (位元組、字、大多數 CLI 基本型別)。複雜物件 (Point、陣列) 非原子，需同步。
• 同步鎖：CLI 為每個物件提供隱含同步鎖 (Monitor、lock / SyncLock)。

Monitor 範例：生產者/消費者

using namespace System;
using namespace System::Threading;

ref class MessageBuffer {
    String^ msg;
public:
    void SetMessage(String^ s) {
        Monitor::Enter(this);
        msg = s;
        Monitor::Pulse(this);   // 喚醒等待執行緒
        Console::WriteLine("Set: {0}", msg);
        Monitor::Exit(this);
    }
    void ProcessMessages() {
        Monitor::Enter(this);
        while (true) {
            try { Monitor::Wait(this); } // 釋放鎖並等待
            catch (ThreadInterruptedException^) { return; }
            Console::WriteLine("Processed: {0}", msg);
        }
        Monitor::Exit(this);
    }
};

ref class CreateMessages {
    MessageBuffer^ buf;
public:
    CreateMessages(MessageBuffer^ b) : buf(b) {}
    void Run() {
        for (int i=1; i<=5; i++) {
            buf->SetMessage("M-" + i);
            Thread::Sleep(2000);
        }
        Console::WriteLine("CreateMessages done");
    }
};

ref class ProcessMessages {
    MessageBuffer^ buf;
public:
    ProcessMessages(MessageBuffer^ b) : buf(b) {}
    void Run() { buf->ProcessMessages(); }
};

int main() {
    MessageBuffer^ m = gcnew MessageBuffer;
    Thread^ t1 = gcnew Thread(gcnew ThreadStart(gcnew CreateMessages(m), &CreateMessages::Run));
    Thread^ t2 = gcnew Thread(gcnew ThreadStart(gcnew ProcessMessages(m), &ProcessMessages::Run));
    t1->Start(); t2->Start();
    t1->Join(); t2->Interrupt(); t2->Join();
    Console::WriteLine("Main done");
}

關鍵點

• Monitor::Enter/Exit 成對使用，建議用 try/finally 確保釋放。
• Wait 釋放鎖並進入等待隊列；Pulse/PulseAll 喚醒一個/所有等待者。
• Thread::Interrupt 喚醒 Wait/Sleep/Join 中的執行緒並拋出 ThreadInterruptedException。
• Join 等待執行緒結束。

此模式適用於工作隊列、非同步 I/O 完成通知等場景。