關(guān)于C#線程的全面解析

更新時(shí)間：2022年04月20日 09:01:20 作者：老虎中的小白Gentle

這篇文章主要介紹了關(guān)于C#線程的全面解析，具有很好的參考價(jià)值，希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教

線程的作用和意義

線程被定義為程序的執(zhí)行路徑。每個(gè)線程都定義了一個(gè)獨(dú)特的控制流。如果您的應(yīng)用程序涉及到復(fù)雜的和耗時(shí)的操作，那么設(shè)置不同的線程執(zhí)行路徑往往是有益的，每個(gè)線程執(zhí)行特定的工作。

線程是輕量級(jí)進(jìn)程。一個(gè)使用線程的常見(jiàn)實(shí)例是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中并行編程的實(shí)現(xiàn)。使用線程節(jié)省了 CPU 周期的浪費(fèi)，同時(shí)提高了應(yīng)用程序的效率。

到目前為止我們編寫(xiě)的程序是一個(gè)單線程作為應(yīng)用程序的運(yùn)行實(shí)例的單一的過(guò)程運(yùn)行的。但是，這樣子應(yīng)用程序同時(shí)只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)。為了同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，它可以被劃分為更小的線程。

線程生命周期

線程生命周期開(kāi)始于 System.Threading.Thread 類的對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，結(jié)束于線程被終止或完成執(zhí)行時(shí)。

下面列出了線程生命周期中的各種狀態(tài)：

未啟動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)線程實(shí)例被創(chuàng)建但 Start 方法未被調(diào)用時(shí)的狀況。
就緒狀態(tài)：當(dāng)線程準(zhǔn)備好運(yùn)行并等待 CPU 周期時(shí)的狀況。
不可運(yùn)行狀態(tài)：下面的幾種情況下線程是不可運(yùn)行的：
- 已經(jīng)調(diào)用 Sleep 方法
- 已經(jīng)調(diào)用 Wait 方法
- 通過(guò) I/O 操作阻塞
死亡狀態(tài)：當(dāng)線程已完成執(zhí)行或已中止時(shí)的狀況

C#創(chuàng)建線程

在C# 語(yǔ)言中使用線程時(shí)首先需要?jiǎng)?chuàng)建線程，在使用 Thread 類的構(gòu)造方法創(chuàng)建其實(shí)例時(shí)，需要用到 ThreadStart 委托或者 ParameterizedThreadStart 委托創(chuàng)建 Thread 類的實(shí)例。ThreadStart 委托只能用于無(wú)返回值、無(wú)參數(shù)的方法，而ParameterizedThreadStart 委托則可以用于帶參數(shù)的方法。

ThreadStar的方式創(chuàng)建

例子：

using System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
    class ThreadCreationProgram
    {
        //線程函數(shù)
        public static void CallToChildThread()
        {
            Console.WriteLine("Child thread starts");
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //創(chuàng)建ThreadStart的委托實(shí)例
            ThreadStart childref = new ThreadStart(CallToChildThread);
            Console.WriteLine("In Main: Creating the Child thread");
            //創(chuàng)建Thread類的實(shí)例
            Thread childThread = new Thread(childref);
            childThread.Start(); //開(kāi)始一個(gè)線程
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

ParameterizedThreadStart

例子：

using System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //創(chuàng)建一個(gè)線程委托對(duì)象
            ParameterizedThreadStart pts = new ParameterizedThreadStart(PrintEven);
            Console.WriteLine("In Main: Creating the Child thread");
           // 創(chuàng)建一個(gè)線程對(duì)象
            Thread childThread = new Thread(pts);
            childThread.Start(10);
            Console.ReadKey();
        }
        //線程跑的函數(shù)
        //打印0~n中的偶數(shù)
        private static void PrintEven(Object n)
        {
            Console.WriteLine("Child thread started");
            for(int i=0; i<=(int)n; i+=2) //類型轉(zhuǎn)換
            {
                Console.WriteLine(i);
            }
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

C#讓線程休眠一會(huì)

using System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
    class ThreadCreationProgram
    {
        public static void CallToChildThread()
        {
            Console.WriteLine("Child thread starts");
            int sleepfor = 5000;
            Console.WriteLine("Child Thread Paused for {0} seconds", sleepfor / 1000);
            Thread.Sleep(sleepfor);  //讓線程暫停 單位毫秒
            Console.WriteLine("Child thread resumes");
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //創(chuàng)建一個(gè)線程的委托
            ThreadStart childref = new ThreadStart(CallToChildThread);
            Console.WriteLine("In Main: Creating the Child thread");
            //創(chuàng)建線程的實(shí)例
            Thread childThread = new Thread(childref);
            childThread.Start();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：最后一行是5s后才打印出來(lái)的

C#銷毀線程

/*
 銷毀線程
 */
using System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
    class ThreadCreationProgram
    {
        //委托函數(shù)
        public static void CallToChildThread()
        {
            try//引起異常的語(yǔ)句
            {
                Console.WriteLine("Child thread starts");
                for(int counter = 0; counter <= 10; counter++)
                {
                    Thread.Sleep(500);
                    Console.WriteLine(counter);
                }
                Console.WriteLine("Child Thread Completed");
                   
            }
            catch(ThreadAbortException e)//錯(cuò)誤處理代碼
            {
                Console.WriteLine("Thread Abort Exception");
            }
            finally //執(zhí)行的語(yǔ)句
            {
                Console.WriteLine("Could't catch the Thread Exception");
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //創(chuàng)建一個(gè)線程的委托實(shí)例
            ThreadStart childref = new ThreadStart(CallToChildThread);
            Console.WriteLine("In Main: Creating the Child thread");
            //創(chuàng)建一個(gè)線程對(duì)象
            Thread childThread = new Thread(childref);
            childThread.Start();
            //主線程休眠
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("In Main:Aborting the Child thread");
            //在調(diào)用此方法的線程上引發(fā)ThreadAbortException,以開(kāi)始終止此線程的過(guò)程。
            //調(diào)用此方法通常會(huì)終止線程
            childThread.Abort();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

C#線程優(yōu)先級(jí)

在C#中線程的優(yōu)先級(jí)使用線程的Priority屬性設(shè)置即可，默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)是Normal。在設(shè)置優(yōu)先級(jí)后，優(yōu)先級(jí)高的線程將優(yōu)先執(zhí)行。優(yōu)先級(jí)的值通關(guān)ThreadPriority枚舉類型來(lái)設(shè)置，從低到高分別為L(zhǎng)owest 、BelowNormal、Normal、 AboveNormal、 Highest。

例子：

using System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
    class Program
    {
        //奇數(shù)
        public static void PrintOdd()
        {
            Console.WriteLine("List of odd numbers：");
            for (int i = 1; i <= 100; i += 2)
            {
                Console.Write(i + " ");
            }
            Console.WriteLine();
        }
        //偶數(shù)
        public static void PrintEven()
        {
            Console.WriteLine("List of even numbers: ");
            for(int i = 0; i<=100; i+=2)
            {
                Console.Write(i + " ");
            }
            Console.WriteLine();
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //創(chuàng)建線程的委托1
            ThreadStart childref1 = new ThreadStart(PrintEven);
            Console.WriteLine("In Main: Creating the Child1 thread");
            //創(chuàng)建線程1的實(shí)例
            Thread childThread1 = new Thread(childref1);
            //設(shè)置打印偶數(shù)優(yōu)先級(jí)為最低 
            childThread1.Priority = ThreadPriority.Lowest;
            //創(chuàng)建線程的委托2
            ThreadStart childref2 = new ThreadStart(PrintOdd);
            Console.WriteLine("In Main: Creating the Child2 thread");
            //創(chuàng)建線程2的實(shí)例
            Thread childThread2 = new Thread(childref2);
            //設(shè)置打印奇數(shù)優(yōu)先級(jí)為最高 
            childThread2.Priority = ThreadPriority.Highest;
            childThread1.Start();//偶數(shù)  低
            childThread2.Start();//奇數(shù)  高
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運(yùn)行的結(jié)果：

第一次運(yùn)行：

第二次：

第三次：

第四次：

小結(jié)：

從上面的運(yùn)行效果可以看出，由于輸岀奇數(shù)的線程的優(yōu)先級(jí)高于輸出偶數(shù)的線程，所以在輸出結(jié)果中優(yōu)先輸出奇數(shù)的次數(shù)會(huì)更多。

此外，每次輸出的結(jié)果也不是固定的。通過(guò)優(yōu)先級(jí)是不能控制線程中的先后執(zhí)行順序的，只能是優(yōu)先級(jí)高的線程優(yōu)先執(zhí)行的次數(shù)多而已。

線程狀態(tài)控制的方法包括暫停線程 (Sleep)、中斷線程 (Interrupt)、掛起線程 (Suspend)、喚醒線程 (Resume)、終止線程 (Abort)。

lock:給線程加鎖，保證線程同步

sleep 方法能控制線程的暫停時(shí)間，從而改變多個(gè)線程之間的先后順序，但每次調(diào)用線程的結(jié)果是隨機(jī)的。線程同步的方法是將線程資源共享，允許控制每次執(zhí)行一個(gè)線程，并交替執(zhí)行每個(gè)線程。在 C# 語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)線程同步可以使用 lock 關(guān)鍵字和 Monitor 類、Mutex 類來(lái)解決。對(duì)于線程同步操作最簡(jiǎn)單的一種方式就是使用 lock 關(guān)鍵字，通過(guò) lock 關(guān)鍵字能保證加鎖的線程只有在執(zhí)行完成后才能執(zhí)行其他線程。

lock的語(yǔ)法如下

lock(object)
 {
    //臨界區(qū)代碼
 }

這里 lock 后面通常是一個(gè) Object 類型的值，也可以使用 this 關(guān)鍵字來(lái)表示。

最好是在 lock 中使用私有的非靜態(tài)或負(fù)變量或私有的靜態(tài)成員變量，即使用 Private 或 Private static 修飾的成員。

例如：

private Object obj = new Object();
lock (obj)
{
    //臨界區(qū)代碼
}

一個(gè)更具體的實(shí)例

using System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
    class Program
    {
        //打印偶數(shù)
        public void PrintEven()
        {
            //lock上鎖保證執(zhí)行完該線程才跑其他線程
           lock(this)
            {
                for(int i=0; i<=10; i+=2)
                {
                    //獲取當(dāng)前線程的名字
                    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "--" + i);
                }
            }
        }
        //打印奇數(shù)
        public void PrintOdd()
        {
            lock (this)
            {
                for (int i = 1; i <= 10; i += 2)
                {
                    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "--" + i);
                }
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //因?yàn)橄旅嬉玫絧rogram類中的非靜態(tài)函數(shù)，所以先創(chuàng)建該類對(duì)象
            Program program = new Program();
            //創(chuàng)建線程1的托管
            ThreadStart ts1 = new ThreadStart(program.PrintOdd);
            //創(chuàng)建線程1
            Thread t1 = new Thread(ts1);
            t1.Name = "打印奇數(shù)的線程";
            //跑線程1
            t1.Start();
            ThreadStart ts2 = new ThreadStart(program.PrintEven);
            Thread t2 = new Thread(ts2);
            t2.Name = "打印偶數(shù)的線程";
            t2.Start();
        }
    }
        
  
   
}

運(yùn)行結(jié)果：

Monitor：鎖定資源

和lock用法本質(zhì)是一樣的，使用Monitor類鎖定資源的語(yǔ)法如下:

Monitor.Enter(object);
try
{
    //臨界區(qū)代碼
}
finally
{
    Monitor.Exit(object);
}

這里的object與lock中的object一樣。

具體例子

sing System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
    class Program
    {
        public void PrintEven()
        {
            //在指定對(duì)象上獲取排它鎖
            Monitor.Enter(this);
            try//臨界區(qū)代碼
            {
                for(int i=0; i<=10; i+=2)
                {
                    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "--" + i);
                }
            }
            finally
            {
                //釋放指定對(duì)象的排它鎖
                Monitor.Exit(this);
            }
        }
        public void PrintOdd()
        {
            Monitor.Enter(this);
            try
            {
                for(int i=1; i<=10; i+=2)
                {
                    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "--" + i);
                }
            }
            finally
            {
                Monitor.Exit(this);
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //下面創(chuàng)建委托對(duì)象時(shí)調(diào)用的是Program類的非靜態(tài)方法，
            //所先創(chuàng)建一個(gè)program對(duì)象
            Program program = new Program();
            //實(shí)例化一個(gè)委托
            ThreadStart ts1 = new ThreadStart(program.PrintOdd);
            //創(chuàng)建一個(gè)線程
            Thread t1 = new Thread(ts1);
            //給線程名字賦值
            t1.Name = "打印奇數(shù)的線程";
            //開(kāi)跑線程
            t1.Start();
            ThreadStart ts2 = new ThreadStart(program.PrintEven);
            Thread t2 = new Thread(ts2);
            t2.Name = "打印偶數(shù)的線程";
            t2.Start();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

Monitor 類的用法雖然比 lock 關(guān)鍵字復(fù)雜，但其能添加等待獲得鎖定的超時(shí)值，這樣就不會(huì)無(wú)限期等待獲得對(duì)象鎖。使用 TryEnter() 方法可以給它傳送一個(gè)超時(shí)值，決定等待獲得對(duì)象鎖的最長(zhǎng)時(shí)間。

使用 TryEnter() 方法設(shè)置獲得對(duì)象鎖的時(shí)間的語(yǔ)法如下：

Monitor.TryEnter(object, 毫秒數(shù) );

Mutex：互斥鎖

Mutex類也是用于線程同步操作的類，當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)資源識(shí)保證只有一個(gè)線程訪問(wèn)資源。在Mutex類中，WaitOne()方法用于等待資源被釋放，ReleaseMutex()方法用于釋放資源。 WaitOne()方法在等待ReleMutex()方法執(zhí)行后才會(huì)結(jié)束。

例子：

using System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
    class Program
    {
        //創(chuàng)建一個(gè)鎖對(duì)象
        private static Mutex mutex = new Mutex();
        public static void PakingSpace(object num)
        {
            if(mutex.WaitOne())//等待釋放資源，當(dāng)前資源沒(méi)調(diào)用時(shí)為true
            {
                try
                {
                    Console.WriteLine("車牌號(hào){0}的車駛?cè)耄?, num);
                    Thread.Sleep(1000);//線程休眠一秒
                }
                finally
                {
                    Console.WriteLine("車牌號(hào){0}的車離開(kāi)！", num);
                    mutex.ReleaseMutex(); //釋放鎖資源
                }
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //創(chuàng)建一個(gè)委托帶參數(shù)的
            ParameterizedThreadStart ts = new ParameterizedThreadStart(PakingSpace);
            //創(chuàng)建一個(gè)線程
            Thread t1 = new Thread(ts);
            t1.Start("A123456");
            Thread t2 = new Thread(ts);
            t2.Start("B00000");
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：