深入了解c#多線程編程

更新時(shí)間：2020年08月05日 14:31:47 作者：阿凡盧

這篇文章主要介紹了c#多線程編程的相關(guān)資料，文中講解非常細(xì)致，幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)c# 多線程，感興趣的朋友可以了解下

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(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。

二、基本知識(shí)

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(tái)線程和后臺(tái)線程：通過Thread類新建線程默認(rèn)為前臺(tái)線程。當(dāng)所有前臺(tái)線程關(guān)閉時(shí)，所有的后臺(tái)線程也會(huì)被直接終止，不會(huì)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(shí)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(jí)：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(gè)參數(shù)），可以用一個(gè)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(fèi)一定的開銷，過多的使用線程會(huì)造成內(nèi)存資源的浪費(fèi)，出于對(duì)性能的考慮，于是引入了線程池的概念。線程池維護(hù)一個(gè)請(qǐng)求隊(duì)列，線程池的代碼從隊(duì)列提取任務(wù)，然后委派給線程池的一個(gè)線程執(zhí)行，線程執(zhí)行完不會(huì)被立即銷毀，這樣既可以在后臺(tái)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(tái)線程（IsBackground）。

namespace Test
{
  class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      //將工作項(xiàng)加入到線程池隊(duì)列中，這里可以傳遞一個(gè)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(gè)內(nèi)建的機(jī)制讓你知道操作什么時(shí)候完成，有沒有一個(gè)內(nèi)建的機(jī)制在操作完成后獲得一個(gè)返回值。為此，可以使用System.Threading.Tasks中的Task類。

構(gòu)造一個(gè)Task<TResult>對(duì)象，并為泛型TResult參數(shù)傳遞一個(gè)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(gè)任務(wù)完成時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)新任務(wù)。
一個(gè)任務(wù)完成后，它可以啟動(dòng)另一個(gè)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(shí)例將超出代碼控制的范圍，定義private對(duì)象來鎖定。

　　3）Monitor實(shí)現(xiàn)線程同步

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

　　　　還有一個(gè)TryEnter方法，請(qǐng)求不到資源時(shí)不會(huì)阻塞等待，可以設(shè)置超時(shí)時(shí)間，獲取不到直接返回false。

　　4）ReaderWriterLock

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

　　5）事件（Event）類實(shí)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(shí)調(diào)用WaitOne可以請(qǐng)求成功，通過Set將時(shí)間狀態(tài)設(shè)置為終止?fàn)顟B(tài)。

　　　　1）AutoResetEvent（自動(dòng)重置事件）

　　　　2）ManualResetEvent（手動(dòng)重置事件）