C#高阶-多线程

多线程概念

什么是进程?

当一个程序开始运行时,它就是一个进程,进程包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。而一个进程又是由多个线程所组成的。

什么是线程?

线程是程序中的一个执行流,每个线程都有自己的专有寄存器(栈指针、程序计数器等),但代码区是共享的,即不同的线程可以执行同样的函数。

什么是多线程?

多线程是指程序中包含多个执行流,即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务,也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

多线程的好处:

可以提高 CPU 的利用率。在多线程程序中,一个线程必须等待的时候, CPU 可以运行其它的线程而不是等待,这样就大大提高了程序的效率。

多线程的不利方面:

线程也是程序,所以线程需要占用内存,线程越多占用内存也越多; 多线程需要协调和管理,所以需要 CPU 时间跟踪线程; 线程之间对共享资源的访问会相互影响,必须解决竞用共享资源的问题;线程太多会导致控制太复杂,最终可能造成很多Bug;

实例

C#编程中的多线程机制进行探讨。为了省去创建 GUI 那些繁琐的步骤,更清晰地逼近线程的本质,接下来的所有程序都是控制台程序,程序最后的Console.ReadLine()是为了使程序中途停下来,以便看清楚执行过程中的输出。

任何程序在执行时,至少有一个主线程。

using System;

using System.Threading;

namespace ThreadTest

{

    class Program

    {

        static void Main(string[] args)

        {

            Thread.CurrentThread.Name = "System Thread";//给当前线程起名为"System Thread"

            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "'Status:" + Thread.CurrentThread.ThreadState);

            Console.ReadLine();

        }

    }

}

输出如下:

System Thread's Status:Running

在这里,我们通过 Thread 类的静态属性 CurrentThread 获取了当前执行的线程,对其 Name 属性赋值“SystemThread”,最后还输出了它的当前状态( ThreadState)。

CurrentThread 是类Thread的静态属性 具体可查看API文档

所有与多线程机制应用相关的类都是放在System.Threading 命名空间中的

Thread 类来创建和控制线程, ThreadPool 类用于管理线程

池等。(此外还提供解决了线程执行安排,死锁,线程间通讯等实际问题的机制。)

如何操纵一个线程:

Thread 类有几个至关重要的方法,描述如下:

Start():启动线程;

Sleep(int):静态方法,暂停当前线程指定的毫秒数;

Abort():通常使用该方法来终止一个线程;

Suspend():该方法并不终止未完成的线程,它仅仅挂起线程,以后还可恢复;

Resume():恢复被 Suspend()方法挂起的线程的执行。

Join():阻塞调用线程,直到某个线程终止时为止。

创建线程

使用 Thread 类创建线程时, 只需提供线程入口

即可。(线程入口使程序知道该让这个线程干什么事)

创建线程的语法:

Thread newThread = new Thread(方法);

注意:方法可以是静态的也可以为非静态

方法可以是本类的也可以为非本类

思考:如果线程的入口方法带参数怎么办?

线程的参数请由对象或类进行承载

线程的执行

在 C#中,线程入口是通过 ThreadStart 代理( delegate)来提供的,你可以把

ThreadStart理解为一个委托,指向线程要执行的函数,当调用Thread.Start()

方法后,线程就开始执行 ThreadStart 所代表或者说指向的函数。

语法:

Thread(自定义的线程对象的方法).Start();

线程的休眠

使用静态方法 Thread.Sleep(n)可以让线程休眠

n表示休眠的毫秒数

阻塞调用线程

使用方法 自定义线程.Join()可以让调用线程阻塞

阻塞的时间为某线程终止为止

终止线程

使用方法 自定义线程.Abort()可以让线程终止

终止的线程无法再次启动

线程的状态

Thread.ThreadState 属性

这个属性代表了线程运行时状态,在不同的情况下有不同的值,我们有时候可以通过对该值的判断来设计程序流程。

ThreadState 属性的取值如下:

Aborted:线程已停止;

AbortRequested:线程的 Thread.Abort()方法已被调用,但是线程还未停止;

Background:线程在后台执行,与属性 Thread.IsBackground 有关;

Running:线程正在正常运行;

Stopped:线程已经被停止;

StopRequested:线程正在被要求停止;

Suspended:线程已经被挂起(此状态下,可以通过调用 Resume()方法重新运

行);

SuspendRequested:线程正在要求被挂起,但是未来得及响应;

Unstarted:未调用 Thread.Start()开始线程的运行;

WaitSleepJoin:线程因为调用了 Wait(),Sleep()或 Join()等方法处于封锁状态;

上面提到了 Background 状态表示该线程在后台运行,那么后台运行的线程有什么特别的地方呢?其实后台线程跟前台线程只有一个区别,那就是后台线程不妨碍程序的终止。一旦一个进程所有的前台线程都终止后, CLR(通用语言运行环境)将通过调用任意一个存活中的后台进程的 Abort()方法来彻底终止进程。

线程的优先级

当线程之间争夺 CPU 时间时, CPU 是按照线程的优先级给予服务的。

在 C#应用程序中,用户可以设定5个不同的优先级

由高到低:

Highest,AboveNormal,Normal, BelowNormal, Lowest

在创建线程时如果不指定优先级,那么系统默认为 ThreadPriority.Normal。

给一个线程指定优先级,我们可以使用如下代码:

//设定优先级为最低

myThread.Priority=ThreadPriority.Lowest;

通过设定线程的优先级,我们可以安排一些相对重要的线程优先执行,例如对用户的响应等等。

自动管理

实际开发中使用的线程往往是大量的和更为复杂的,这时,每次都创建线程、启动线程。从性能上来讲,这样做并不理想(因为每使用一个线程就要创建一个,需要占用系统开销);从操作上来讲,每次都要启动,比较麻烦。为此引入的线程池的概念。

其实“线程池”就是用来存放“线程”的对象池。

在程序中,如果某个创建某种对象所需要的代价太高,同时这个对象又可以反复使用,那么我们往往就会准备一个容器,用来保存一批这样的对象。于是乎,我们想要用这种对象时,就不需要每次去创建一个,而直接从容器中取出一个现成的对象就可以了。由于节省了创建对象的开销,程序性能自然就上升了。这个容器就是“池”。很容易理解的是,因为有了对象池,因此在用完对象之后必须有一个“归还”的动作,这样便可以把对象放回池中,下次需要的时候就可以再次拿出来使用了。

线程池的作用:因为创建一个线程的代价较高,因此我们使用线程池设法复用线程。就是这么简单。

线程互斥

lock 锁代码块

class Program

{

    static Object obj = new object();

    static void Main(string[] args)

    {

        // 本类方法的线程

        // 静态方法的线程

        Thread currentClassThread = new Thread(ThreadStaticMethod);

        currentClassThread.Name = "thread1";

        Thread currentClassThread1 = new Thread(ThreadStaticMethod);

        currentClassThread1.Name = "thread2";

        // 自定义的线程启动

        currentClassThread.Start();

        currentClassThread1.Start();

        // 主线程继续执行

        Console.WriteLine("Main线程执行");

    }

    public static void ThreadStaticMethod()

    {

        lock(obj)

        {           

            for (int i = 0; i < 10; i++)

            {

                //执行

                Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + " ThreadStaticMethod执行");

                Thread.Sleep(1000);

            }

        }

    }

}

Monitor类锁定一个对象

class Program

{

    static Object obj = new object();

    static void Main(string[] args)

    {

        // 本类方法的线程

        // 静态方法的线程

        Thread currentClassThread = new Thread(ThreadStaticMethod);

        currentClassThread.Name = "thread1";

        Thread currentClassThread1 = new Thread(ThreadStaticMethod);

        currentClassThread1.Name = "thread2";

        // 自定义的线程启动

        currentClassThread.Start();

        currentClassThread1.Start();

        // 主线程继续执行

        Console.WriteLine("Main线程执行");

    }

    public static void ThreadStaticMethod()

    {

            Monitor.Enter(obj);

            for (int i = 0; i < 10; i++)

            {

                //执行

                Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + " ThreadStaticMethod执行");

                Thread.Sleep(1000);

            }

            Monitor.Exit(obj);

    }

}

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