C#多线程学习

时间:2022-12-22 05:58:07

一、线程的定义

  进程(Process)是Windows系统中的一个基本概念,它包含着一个运行程序所需要的资源。进程之间是相对独立的,一个进程无法访问另一个进程的数据(除非利用分布式计算方式),一个进程运行的失败也不会影响其他进程的运行,Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。进程可以理解为一个程序的基本边界。

  线程(Thread)是进程中的基本执行单元,在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。在.NET应用程序中,都是以Main()方法作为入口的,当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器(Thread Local Storage,TLS)组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态,调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据,TLS主要用于存放线程的状态信息。

  多线程,在单CPU系统的一个单位时间( time slice)内,CPU只能运行单个线程,运行顺序取决于线程的优先级别。如果在单位时间内线程未能完成执行,系统就会把线程的状态信息保存到线程的本地存储器(TLS)中,以便下次执行时恢复执行。而多线程只是系统带来的一个假象,它在多个单位时间内进行多个线程的切换。因为切换频密而且单位时间非常短暂,所以多线程可以被视作同时运行。

  适当使用多线程能提高系统的性能,比如:在系统请求大容量的数据时使用多线程,把数据输出工作交给异步线程,使主线程保持其稳定性去处理其他问题。但需要注意一点,因为CPU需要花费不少的时间在线程的切换上,所以过多地使用多线程反而会导致性能下降。(用量要适中)

二、线程的基础知识

  2.1 System.Threading.Thread类

System.Threadubg.Thread是用于控制线程的基础类,通过Thread可以控制当前医用程序域中线程的创建、挂起、停止、销毁。它包括以下常用公共属性:

  属性名称:

  CurrentContext: 获取线程正在其中执行的当前上下文

  CurrentThread: 获取当前正在运行的线程

  ExecutionContext: 获取一个ExecutionContext对象,该对象包含有关当前线程的各种上下文的信息。

  IsAlive: 获取一个值,该值指示当前线程的执行状态

  IsBackground: 获取或设置一个值,该值指示某个线程是否为后台线程

  IsThreadPoolThread: 获取一个值,该值指示线程是否属于托管线程池

  ManagedThreadId: 获取当前托管线程的唯一标识符

  Name: 获取或设置线程的名称

  Priority: 获取或设置一个值,该值指示线程的调度优先级

  ThreadState: 获取一个值,该值包含当前线程的状态

  2.1.1线程的标识符

  ManagedThreadId是确认线程的唯一标识符,程序在大部分情况下都是通过Thread.ManagedThreadId来辨别线程的。而Name是一个可变值,在默认时候,Name为一个空值Null,开发人员可以通过程序设置线程的名字,但这知识一个辅助功能。

  2.1.2线程的优先级别

  .NET为线程设置Priority属性来定义线程执行的优先级别。里面包含5个选项,其中NORMAL是默认值。除非系统有特殊要求,否则不应该随便设置线程的优先级别。

  成员名称

  Lowerst: 可以将Thread安排在具有任何其他优先级的线程之后

  BelowNormal: 可以将Thread安排在具有Normal优先级的线程之后,在具有Lowest优先级的线程之前

  Normal: 默认选择。可以将Thread安排在具有AboveNormal优先级的线程之后,在具有BelowNormal优先级的线程之前

  AboveNormal: 可以将Thread安排在具有Highest优先级的线程之后,在具有Normal优先级的线程之前

  Highest:可以将Thread安排在具有任何其他优先级的线程之前

  2.1.3 线程的状态

  通过ThreadState可以检测线程使处于Unstarted、sleeping、running等等状态,它比IsAlive属性能提供更多的特定信息。前面说过,一个应用程序中可能包括多个上下文,而通过CurrentContext可以获取线程当前的上下文,CurrentThread是最常用的一个属性,它是用于获取当前运行的线程。

  2.1.4 System.Threading.Thread的方法

  Thread中包括了多个方法来控制线程的创建、挂起、停止、销毁,以后来的例子中会经常使用。

  方法名称

  Abort(): 终止本线程

  GetDomain(): 返回当前线程正在其中运行的当前域

  GetDomainId(): 返回当前线程正在其中运行的当前域Id

  Interrupt(): 中断处于WaitSleepJoin线程状态的线程

  Join(): 已重载。阻塞调用线程,直到某个线程终止时为止(让某个线程运行结束再开始执行其他的线程)

  Resume(): 继续运行已挂起的线程

  Start(): 执行本线程

  Suspend(): 挂起当前的线程,如果当前线程属于挂起状态则此不起作用

  Sleep(): 把正在运行的线程挂起一段时间

  2.1.5 开发实例 

 using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Thread thread = Thread.CurrentThread;
thread.Name = "Main Thread ,Hello!";
string threadMessage = string.Format("Thread ID:{0}\n"+"Current AppDomainId:{1}\n"+
"Current ContextId:{2}\n"+"Thread Name:{3}\n"+
"Thread State:{4}\n"+"Thread Priority:{5}\n",thread.ManagedThreadId,Thread.GetDomainID(),Thread.CurrentContext.ContextI            D,thread.Name,thread.ThreadState,thread.Priority);
Console.WriteLine(threadMessage);
Console.ReadKey(); }
}
}

  运行结果:

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2.2 System.Threading 命名空间

  在System.Threading命名空间内提供多少个方法来构建多线程应用程序,其中ThreadPool与Thread是多线程开发中最常用到的,在.NET中专门设定了一个CLR线程池专门用于管理线程的运行,这个CLR线程池证实通过ThreadPool类来管理。而Thread是管理线程的最直接方式,下面几节将详细介绍有关内容。

说明
AutoResetEvent 通知正在等待的线程已发生事件。无法继承此类。
ExecutionContext 管理当前线程的执行上下文。无法继承此类。
Interlocked 为多个线程共享的变量提供原子操作
Monitor         提供同步对对象的访问的机制
Mutex 一个同步基元,也可用于进程间同步
Thread 创建并控制线程,设置其优先级并获取其状态
ThreadAbortException 在对Abort方法进行调用时引发的异常。无法继承此类
ThreadPool 提供一个线程池,该线程也可用于发送工作项、处理异步I/O、代表其他线程等待以及处理计时器
Timeout 包含用于指定无限长的时间的常数。无法继承此类
Timer 提供以指定的时间间隔执行方法的机制。无法继承此类
WaitHandle 封装等待对共享资源的独占访问的操作系统特定的对象

  

  

2.3 线程的管理方式

通过ThreadStart来创建一个新的线程是最直接的方法,但这样创建出来的线程比较难管理,如果创建过多的线程反而会让系统的性能下降。有见及此,NET为线程管理专门设置了一个CLR线程池,使用CLR线程池系统可以更合理地管理线程的使用。所有请求的服务都能运行与线程池中,当运行结束时线程便会回归到线程池。通过设置,能控制线程池的最大线程数量,在请求超出线程最大值时,线程池能按照操作的优先级基础知识就为大家介绍到这里,下面将消息介绍多线程的开发。

三、以ThreadStart方式实现多线程

3.1 使用ThreadStart委托

这里先以一个例子体现以下多线程带来的好处,首先在Message类中建立一个方法ShowMessage(),里面显示了当前运行线程的Id,并使用Thread.Sleep(int)方法模拟部分工作。在main()中通过ThreadStart委托绑定Message对象的ShowMessage()方法,然后通过Thread.Start()执行异步方法。

  

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
public class Message
{
public void ShowMessage1()
{
string message = string.Format("Async1 threadId is :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine(message); for(int n = ;n < ;n++)
{
Thread.Sleep();
Console.WriteLine("The number1 is:"+n.ToString());
} }
public void ShowMessage2()
{
string message = string.Format("Async2 threadId is:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine(message);
for (int n = ; n < ; n++)
{
Thread.Sleep();
Console.WriteLine("The number2 is:" + n.ToString());
} }
}
class Program
{
static void Main(string[] args)//主线程
{
Console.WriteLine("Main threadId is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Message message = new Message();
Thread thread1 = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage1));//ThreadStart:在线程上执行方法
Thread thread2 = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage2));
thread1.Start();//启动子线程
thread2.Start();
Console.WriteLine("Do something......!");
Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
Console.ReadKey();//为了让控制台停住而加,主线程运行到这一句停住,等待用户的输入任意键结束主线程
}
}
}

得到下面的运行结果

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  注意运行结果,在调用Thread.Start()方法后,系统以异步方式运行Message.ShowMessage1()和Message.ShowMessage2(),  而主线程的操作是继续执行的,在Message.ShowMessage1()和Message.ShowMessage2()完成前,主线程已经完成所有输出的操作,进入了等待用户输入的状态(主程序最后一句Console.ReadKey()的作用),如果你在两个子线程没结束之前用户按下了任意键,会发现窗口也不会停留,因为由于你的按键主线程已经提早结束了。

  多线程的存在,让程序至少看上去不是按顺序执行,仿佛是多个程序在同时进行。

3.2 使用ParameterizedThreadStart委托

  ParameterizedThreadStart委托与ThreadStart委托非常相似,但ParameterizedThreadStart委托是面向带参数方法的。注意ParameterizeThreadStart对应方法(放在线程里准备运行的方法)的参数为object,此参数可以为一个值对象,也可以为一个自定义对象。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
public class Person
{
public string Name
{
get;
set; }
public int Age
{
get;
set;
}
}
public class Message
{
public void ShowMessage(object person)
{
if (person != null)
{
Person _person = (Person)person;
string message = string.Format("\n{0}'s age is {1}!\nAsync threadId is:{2}", _person.Name,
_person.Age, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine(message);
}
for(int n = ;n < ;n++)
{
Thread.Sleep();
Console.WriteLine("The number1 is:"+n.ToString());
} } }
class Program
{
static void Main(string[] args)//主线程
{
Console.WriteLine("Main threadId is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Message message = new Message();
Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(message.ShowMessage));//ThreadStart:在线程上执行方法
Person person = new Person();
person.Name = "Jack";
person.Age = ;
thread.Start(person);//启动子线程 Console.WriteLine("Do something......!");
Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
Console.ReadKey();
}
}
}

运行结果如下

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3.3 前台线程与后台线程

在以上两个例子中主线程最后一句程序是Console.ReadKey(),这样窗口可以在子线程结束后停住,如果两个例子都没有这句程序的话,可以发现系统依然会等待异步线程完成后才会结束。这是因为使用Thread.Start()启动的线程默认为前台线程,而系统必须等待所有前台线程运行结束后,应用程序域才会自动卸载。

在第二节曾将介绍过线程Thread有一个属性IsBacground,通过把此属性设置为true,就可以把线程设置为后台线程!这时应用程序域将在主线程完成时就被卸载,而不会等待异步线程的运行。

3.4 挂起线程

为了等待其他后台线程完成后再结束主线程,就可以使用Thread.Sleep()方法

 using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
public class Message
{
public void ShowMessage()
{
string message = string.Format("\nAsync threadId is :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine(message);
for (int n = ; n < ; n++)
{
Thread.Sleep();
Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString());
}
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)//主线程
{
Console.WriteLine("Main threadId is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Message message = new Message();
Thread thread = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage));
thread.IsBackground = true;
thread.Start(); Console.WriteLine("Do something ..........!");
Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
Console.WriteLine("Main thread sleep!");
Thread.Sleep(5000);
} }
}

运行结果

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3.5 Suspend与Resume(慎用)

Thread.Suspend()与Thread.Resume()是在Framework1.0就已经存在的老方法了,它们分别可以挂起、恢复线程。但在Framework2.0中就已经明确排斥这两个方法。这是因为一旦某个线程占用了已有的资源,再使用Suspend()使线程长期处于挂起状态,当在其他线程调用这些资源的时候就会引起死锁!所以在没有必要的情况下应该避免使用这两个方法。

3.6 终止线程

若想终止正在运行的线程,可以使用Abort()方恢复线程的执行,可以在捕获异常后,在catch(ThreadAbortException ex){...}中调用Thread.ResetAbort()取消终止。

而使用Thread.Join()可以保证应用程序域等待异步线程结束后才终止运行。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{ class Program
{
static void Main(string[] args)//主线程
{
Console.WriteLine("Main threadId is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread thread = new Thread(new ThreadStart(AsyncThread));
thread.IsBackground = true;
thread.Start();
thread.Join();//知道thread线程结束再运行别的线程
Console.WriteLine("子线程终于运行完了,轮到我主线程啦,我的线程唯一标识号: " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.ReadKey();
}
static void AsyncThread()
{
try
{
string message = string.Format("\nAsync threaddId is:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine(message);
for (int n = ; n < ; n++)
{
if (n >= )
{
//n = 4时,终止线程
Thread.CurrentThread.Abort(n); }
Thread.Sleep();
Console.WriteLine("the number is:" + n.ToString());
} }
catch (ThreadAbortException ex)
{
//输出终止线程时n的值
if (ex.ExceptionState != null)
Console.WriteLine(string.Format("Thread abort when the number is:{0}",ex.ExceptionState.ToString()));
//取消终止,继续执行线程
Thread.ResetAbort();
Console.WriteLine("Thread ResetAbort!"); }
//线程结束
Console.WriteLine("Thread Close!");
}
}
}

运行结果

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