C#多線程編程（1）--線程，線程池和Task

　　新開了一個多線程編程系列，該系列主要講解C#中的多線程編程。　   利用多線程的目的有2個: 一是防止UI線程被耗時的程式占用，導致界面卡頓；二是能夠利用多核CPU的資源，提高運行效率。

　　我沒有進行很深入的講解，是以實際使用為主。我的這個系列主要是《CLR via C#》的總結，該書的作者Jeffrey Richter是C#的顧問，他本人對windows見解極深。尤其是多線程部分，書中講解的非常透徹，文中講解不到或者你想要更深入的瞭解的同學，可以找來《CLR via C#》仔細研究。

當一個會執行很長時間的程式，如從服務端獲取數據，當該程式執行過程中，客戶端一直處於等待狀態，等待該程式執行完成，然後再執行其他代碼。若是UI程式，用戶會感到界面卡頓，影響使用體驗。我們希望這樣卡頓的程式能夠“偷偷”在後臺跑，不要影響到界面。解決這個問題就要使用多線程，其中一部分線程負責響應界面操作，另一部分線程負責後臺計算。代碼如下：　

public void GetData()
{   
    var thread = new Thread(() => LoadDataFromServer());
    thread.start();
}
public void LoadDataFromServer(){
　　//模擬數據讀取
　　Thread.Sleep(2000);
　　Console.WriteLine("讀取完成。");
}

　　thread就是你創建的線程，然後調用Start()方法，該線程就會開始執行，LoadDataFromServer()是你想要執行的方法，這裡是從服務讀取數據，Windows會負責調度這個線程，決定這個線程什麼時候開始執行。這樣就可以做到新線程負責讀取數據，主線程不等待，繼續執行，界面不卡頓。這樣做很好，因為做到了非同步，界面很流暢，但是這不是最優解。當程式執行很長時間，每一次從服務端讀取數據，為了不造成界面卡頓，就要新創建個線程。當數據載入完成後，新線程就沒用了。創建一個線程開銷很大（具體開銷就不介紹了，感興趣的可以上網查相關資料，《Clr via C#》中有很詳細的介紹），如果每一次被創建的線程在運行結束後，不被釋放，而是存起來，留下一次使用，這樣是不是就可以節省資源？線程池就是乾這個的，例子如下：

//一些操作
ThreadPool.QueueUserWorkItem(()=>LoadDataFromServer());
//其他操作

可以看到，上段代碼沒有顯式創建線程，而是把方法放到了ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法中，ThreadPool負責創建和管理線程。當程式剛開始時，ThreadPool第一次被調用，這時線程池裡一個線程沒有，線程池會創建一個新線程，當程式再次調用線程池時，若線程池忠還有空閑線程，則直接調用空閑線程執行程式；若程式調用線程池時，線程池中沒有空閑線程且CPU處於“未飽和”狀態，則線程池會創建新線程。實際上，當調用線程池時，相當於把要執行的方法“掛”線上程池的任務隊列上，當CPU處於“未飽和”狀態，線程池就會調用線程來執行線程池任務隊列中的任務。

　　ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法有一個問題，那就是沒有很便捷的方法獲得方法的返回值，不知道LoadDataFromServer()方法何時執行完成。為瞭解決這個問題，C#引入了Task，和泛型Task<T>。代碼如下

var data = Task.Run(() => LoadDataFromServer()).Result;

　　先講解一下，Task.Run()是對ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法的封裝，該方法會返回Task，然後可以通過調用task.Result來獲得LoadDataFromServer()的返回值。實際上這段代碼並不會非同步執行，原因是data所在的線程會等待LoadDataFromServer()的返回值，不然data會沒有值，程式無法執行，所以此時線程被阻塞，知道任務完成，該線程才會繼續執行。為瞭解決這一問題，C#引入了async 和 await 兩個關鍵字。代碼如下：

public async void LoadData(){
    var data = await Task.Run(() => LoadDataFromServer());
　　Console.WriteLine(data);
}
public string LoadDataFromServer(){
　　//模擬到伺服器讀取數據
　　Thread.Sleep(2000);
　　return "Data";
}

　　C#規定只能在標有async的方法中使用await 關鍵字，該關鍵字會將await後面的代碼編譯成狀態機，在LoadDataFromServer()方法執行結束後，程式會重新進入LoadData()方法，並從await處繼續執行，該關鍵字不會阻塞線程（編譯器如何將await的非同步方法編譯成狀態機，《CLR via C#》28.4節有詳細講解）。

　　以上就是多線程編程的第一部分--Thread, ThreadPool和Task的講解，下一節會繼續講解Task的其他特性與方法。