C#多線程編程詳解
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(jiǎn)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??梢岳^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(jiǎn)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(yǔ)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)。
①AutoResetEvent(自動(dòng)重置事件)
②ManualResetEvent(手動(dòng)重置事件)
6)信號(hào)量(Semaphore)
信號(hào)量是由內(nèi)核對(duì)象維護(hù)的int變量,為0時(shí),線程阻塞,大于0時(shí)解除阻塞,當(dāng)一個(gè)信號(hào)量上的等待線程解除阻塞后,信號(hào)量計(jì)數(shù)+1。
線程通過WaitOne將信號(hào)量減1,通過Release將信號(hào)量加1,使用很簡(jiǎn)單。
7)互斥體(Mutex)
獨(dú)占資源,用法與Semaphore相似。
8)跨進(jìn)程間的同步
通過設(shè)置同步對(duì)象的名稱就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的同步,不同應(yīng)用程序通過同步對(duì)象的名稱識(shí)別不同同步對(duì)象。
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