C#多線程編程詳解

2020-01-24 00:56:12

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供稿：網(wǎng)友

C#提供了豐富的多線程操作,為編程帶來了極大的便利。

一、使用線程的理由

1、可以使用線程將代碼同其他代碼隔離，提高應(yīng)用程序的可靠性。

2、可以使用線程來簡化編碼。

3、可以使用線程來實現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。

二、基本知識

1、進(jìn)程與線程：進(jìn)程作為操作系統(tǒng)執(zhí)行程序的基本單位，擁有應(yīng)用程序的資源，進(jìn)程包含線程，進(jìn)程的資源被線程共享，線程不擁有資源。

2、前臺線程和后臺線程：通過Thread類新建線程默認(rèn)為前臺線程。當(dāng)所有前臺線程關(guān)閉時，所有的后臺線程也會被直接終止，不會拋出異常。

3、掛起（Suspend）和喚醒（Resume）：由于線程的執(zhí)行順序和程序的執(zhí)行情況不可預(yù)知，所以使用掛起和喚醒容易發(fā)生死鎖的情況，在實際應(yīng)用中應(yīng)該盡量少用。

4、阻塞線程：Join，阻塞調(diào)用線程，直到該線程終止。

5、終止線程：Abort：拋出 ThreadAbortException 異常讓線程終止，終止后的線程不可喚醒。Interrupt：拋出 ThreadInterruptException 異常讓線程終止，通過捕獲異常可以繼續(xù)執(zhí)行。

6、線程優(yōu)先級：AboveNormal BelowNormal Highest Lowest Normal，默認(rèn)為Normal。

三、線程的使用

線程函數(shù)通過委托傳遞，可以不帶參數(shù)，也可以帶參數(shù)（只能有一個參數(shù)），可以用一個類或結(jié)構(gòu)體封裝參數(shù)。

namespace Test{  class Program  {    static void Main(string[] args)    {      Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(TestMethod));      Thread t2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(TestMethod));      t1.IsBackground = true;      t2.IsBackground = true;      t1.Start();      t2.Start("hello");      Console.ReadKey();    }    public static void TestMethod()    {      Console.WriteLine("不帶參數(shù)的線程函數(shù)");    }    public static void TestMethod(object data)    {      string datastr = data as string;      Console.WriteLine("帶參數(shù)的線程函數(shù)，參數(shù)為：{0}", datastr);    }  } }

四、線程池

由于線程的創(chuàng)建和銷毀需要耗費一定的開銷，過多的使用線程會造成內(nèi)存資源的浪費，出于對性能的考慮，于是引入了線程池的概念。線程池維護一個請求隊列，線程池的代碼從隊列提取任務(wù)，然后委派給線程池的一個線程執(zhí)行，線程執(zhí)行完不會被立即銷毀，這樣既可以在后臺執(zhí)行任務(wù)，又可以減少線程創(chuàng)建和銷毀所帶來的開銷。

線程池線程默認(rèn)為后臺線程（IsBackground）。

namespace Test{  class Program  {    static void Main(string[] args)    {      //將工作項加入到線程池隊列中，這里可以傳遞一個線程參數(shù)      ThreadPool.QueueUserWorkItem(TestMethod, "Hello");      Console.ReadKey();    }    public static void TestMethod(object data)    {      string datastr = data as string;      Console.WriteLine(datastr);    }  }}

五、Task類

使用ThreadPool的QueueUserWorkItem()方法發(fā)起一次異步的線程執(zhí)行很簡單，但是該方法最大的問題是沒有一個內(nèi)建的機制讓你知道操作什么時候完成，有沒有一個內(nèi)建的機制在操作完成后獲得一個返回值。為此，可以使用System.Threading.Tasks中的Task類。

構(gòu)造一個Task<TResult>對象，并為泛型TResult參數(shù)傳遞一個操作的返回類型。

namespace Test{  class Program  {    static void Main(string[] args)    {      Task<Int32> t = new Task<Int32>(n => Sum((Int32)n), 1000);      t.Start();      t.Wait();      Console.WriteLine(t.Result);      Console.ReadKey();    }    private static Int32 Sum(Int32 n)    {      Int32 sum = 0;      for (; n > 0; --n)        checked{ sum += n;} //結(jié)果太大，拋出異常      return sum;    }  }}

一個任務(wù)完成時，自動啟動一個新任務(wù)。

一個任務(wù)完成后，它可以啟動另一個任務(wù)，下面重寫了前面的代碼，不阻塞任何線程。

namespace Test{  class Program  {    static void Main(string[] args)    {      Task<Int32> t = new Task<Int32>(n => Sum((Int32)n), 1000);      t.Start();      //t.Wait();      Task cwt = t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("The result is {0}",t.Result));      Console.ReadKey();    }    private static Int32 Sum(Int32 n)    {      Int32 sum = 0;      for (; n > 0; --n)        checked{ sum += n;} //結(jié)果溢出，拋出異常      return sum;    }  }}

六、委托異步執(zhí)行

委托的異步調(diào)用：BeginInvoke() 和 EndInvoke()

namespace Test{  public delegate string MyDelegate(object data);  class Program  {    static void Main(string[] args)    {      MyDelegate mydelegate = new MyDelegate(TestMethod);      IAsyncResult result = mydelegate.BeginInvoke("Thread Param", TestCallback, "Callback Param");      //異步執(zhí)行完成      string resultstr = mydelegate.EndInvoke(result);    }    //線程函數(shù)    public static string TestMethod(object data)    {      string datastr = data as string;      return datastr;    }    //異步回調(diào)函數(shù)    public static void TestCallback(IAsyncResult data)    {      Console.WriteLine(data.AsyncState);    }  }}

七、線程同步

1）原子操作（Interlocked）：所有方法都是執(zhí)行一次原子讀取或一次寫入操作。

2）lock()語句：避免鎖定public類型，否則實例將超出代碼控制的范圍，定義private對象來鎖定。

3）Monitor實現(xiàn)線程同步

通過Monitor.Enter() 和 Monitor.Exit()實現(xiàn)排它鎖的獲取和釋放，獲取之后獨占資源，不允許其他線程訪問。

還有一個TryEnter方法，請求不到資源時不會阻塞等待，可以設(shè)置超時時間，獲取不到直接返回false。

4）ReaderWriterLock

當(dāng)對資源操作讀多寫少的時候，為了提高資源的利用率，讓讀操作鎖為共享鎖，多個線程可以并發(fā)讀取資源，而寫操作為獨占鎖，只允許一個線程操作。

5）事件（Event）類實現(xiàn)同步

事件類有兩種狀態(tài)，終止?fàn)顟B(tài)和非終止?fàn)顟B(tài)，終止?fàn)顟B(tài)時調(diào)用WaitOne可以請求成功，通過Set將時間狀態(tài)設(shè)置為終止?fàn)顟B(tài)。

①AutoResetEvent（自動重置事件）

②ManualResetEvent（手動重置事件）