[.net 面向對象程序設計進階] (17) 多線程(Multithreading)(二) 利用多線程提高程序性能（中）

2019-11-17 02:12:44

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[.net 面向對象程序設計進階] (17) 多線程(Multithreading)(二) 利用多線程提高程序性能（中）

[.net 面向對象程序設計進階] (17) 多線程(Multithreading)(二) 利用多線程提高程序性能（中）

本節要點:

上節介紹了多線程的基本使用方法和基本應用示例，本節深入介紹.NET多線程中的高級應用。

主要有在線程資源共享中的線程安全和線程沖突的解決方案；多線程同步，使用線程鎖和線程通知實現線程同步。

1、 ThreadStatic特性

特性：[ThreadStatic]

功能：指定靜態字段在不同線程中擁有不同的值

在此之前，我們先看一個多線程的示例：

我們定義一個靜態字段：

 static int num = 0;

然后創建兩個線程進行分別累加：

new Thread(() =>{    for (int i = 0; i < 1000000; i++)        ++num;    Console.WriteLine("來自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num);}){ Name = "線程一" }.Start();

new Thread(() =>{    for (int i = 0; i < 2000000; i++)        ++num;    Console.WriteLine("來自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num);}){ Name = "線程二" }.Start();

運行多次結果如下：

可以看到，三次的運行結果均不相同,產生這種問題的原因是多線程中同步共享問題導致的，即是多個線程同時共享了一個資源。如何解決上述問題，最簡單的方法就是使用靜態字段的ThreadStatic特性。

在定義靜態字段時，加上[ThreadStatic]特性，如下：

 [ThreadStatic]static int num = 0;

兩個線程不變的情況下，再次運行，結果如下：

不論運行多少次，結果都是一樣的，當字段被ThreadStatic特性修飾后，它的值在每個線程中都是不同的，即每個線程對static字段都會重新分配內存空間，就當然于一次new操作，這樣一來，由于static字段所產生的問題也就沒有了。

2. 資源共享

多線程的資源共享，也就是多線程同步（即資源同步），需要注意的是線程同步指的是線程所訪問的資源同步，并非是線程本身的同步。

在實際使用多線程的過程中，并非都是各個線程訪問不同的資源。

下面看一個線程示例，假如我們并不知道線程要多久完成，我們等待一個固定的時間（假如是500毫秒）:

先定義一個靜態字段：

 static int result;

創建線程：

Thread myThread = new Thread(() =>{    Thread.Sleep(1000);    result = 100;});myThread.Start();Thread.Sleep(500);             Console.WriteLine(result);

運行結果如下：

可以看到結果是0，顯然不是我們想要的，但往往在線程執行過程中，我們并不知道它要多久完成，能不能在線程完成后有一個通知？

這里有很多笨的方法，比如我們可能會想到使用一個循環來檢測線程狀態，這些都不是理想的。

.NET為我們提供了一個Join方法，就是線程阻塞，可以解決上述問題，我們使用Stopwatch來記時，

改進線程代碼如下：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();Thread myThread = new Thread(() =>{    Thread.Sleep(1000);    result = 100;});myThread.Start();Thread.Sleep(500);myThread.Join();Console.WriteLine(watch.ElapsedMilliseconds);Console.WriteLine(result);

運行結果如下：

結果和我們想要的是一致的。

3. 線程鎖

除了上面示例的方法，對于線程同步，.NET還為我們提供了一個鎖機制來解決同步，再次改進上面示例如下：

先定義一個靜態字段來存儲鎖：

static object locker = new object();

這里我們可以先不用考慮這個對象是什么。繼續看改進后的線程：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();Thread t1 = new Thread(() =>{    lock (locker)    {        Thread.Sleep(1000);        result = 100;    }});t1.Start();Thread.Sleep(100);lock (locker){    Console.WriteLine("線程耗時："+watch.ElapsedMilliseconds);    Console.WriteLine("線程輸出："+result);}

運行結果如下：

運行結果和上面示例一樣，如果線程處理過程較復雜，可以看到耗時明顯減少，這是一種用比阻塞更效率的方式完成線程同步。

4. 線程通知

前面說到了能否在一個線程完成后，通知等待的線程呢，這里.NET為我們提供了一個事件通知的方法來解決這個問題。

4.1AutoResetEvent

先定義一個通知對象

 static EventWaitHandle tellMe = new AutoResetEvent(false);

改進上面的線程如下：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();Thread myThread = new Thread(() =>{    Thread.Sleep(1000);    result = 100;    tellMe.Set();});myThread.Start();tellMe.WaitOne();Console.WriteLine("線程耗時：" + watch.ElapsedMilliseconds);Console.WriteLine("線程輸出：" + result);

運行結果如下：

4.2ManualResetEvent

和AutoResetEvent相對的還有一個ManualResetEvent手動模式，他們的區別在于，在線程結束后ManualResetEvent還是可以通行的，除非手動Reset關閉。下面看一個示例：

先定義一個手動通知的對象：

 static EventWaitHandle mre = new ManualResetEvent(false);

創建線程：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();Thread myThreadFirst = new Thread(() =>{    Thread.Sleep(1000);    result = 100;    mre.Set();}) { Name = "線程一" };Thread myThreadSecond = new Thread(() =>{    mre.WaitOne();    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "獲取結果:" + result + "("+System.DateTime.Now.ToString()+")");}) {  Name="線程二"};myThreadFirst.Start();myThreadSecond.Start();mre.WaitOne();Console.WriteLine("線程耗時：" + watch.ElapsedMilliseconds + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");Console.WriteLine("線程輸出：" + result + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");

運行結果如下：

5. Semaphore

Semaphore也是一種鎖定，只不過不是獨占鎖，可以指定多少個線程訪問代碼塊。上面的通知模式，在線程開啟的數量很多的情況下，使用Reset()關閉時，如果不使用Sleep休眠一下，很有可能導致某些線程沒有恢復的情況下，某一線程提前關閉，對于這種很難預測的情況，.NET提供了更高級的通知方式Semaphore,可以保證在超多線程時不會出現上述問題。

先定義一個通知對象的靜態字段：

  static Semaphore sem = new Semaphore(2, 2);

使用循環創建100個線程：

for (int i = 1; i <= 100; i++){    new Thread(() =>    {        sem.WaitOne();        Thread.Sleep(30);        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"   "+DateTime.Now.ToString());        sem.Release();    }) { Name="線程"+i}.Start();}

運行結果如下：