C# 多線程編程第一步——理解多線程

来源:http://www.cnblogs.com/Brambling/archive/2017/07/10/7144015.html
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一、進程、線程及多線程的概念 什麼是多線程呢？不理解。 那什麼是線程呢？說到線程就不得不說說進程。我在網上搜索也搜索了一些資料，大部分所說的進程其實是很抽象的東西。通俗的來講，進程就是一個應用程式開始運行，那麼這個應用程式就會存在一個屬於這個應用程式的進程。 那麼線程就是進程中的基本執行單元，每個進 ...


一、進程、線程及多線程的概念

什麼是多線程呢？不理解。

那什麼是線程呢？說到線程就不得不說說進程。我在網上搜索也搜索了一些資料，大部分所說的進程其實是很抽象的東西。通俗的來講，進程就是一個應用程式開始運行，那麼這個應用程式就會存在一個屬於這個應用程式的進程。

那麼線程就是進程中的基本執行單元，每個進程中都至少存在著一個線程，這個線程是根據進程創建而創建的，所以這個線程我們稱之為主線程。那麼多線程就是包含有除了主線程之外的其他線程。如果一個線程可以執行一個任務，那麼多線程就是可以同時執行多個任務。

以上的概念純屬個人理解，如有什麼不對的地方，還請多多指正。

 

二、線程的基本知識

Thread 類

Thread 類是用於控制線程的基礎類，它存在於 System.Threading 命名空間。通過 Thread 可以控制當前應用程式域中線程的創建、掛起、停止、銷毀。

Thread 一些常用屬性：

Thread 一些常用方法：

Thread 的優先順序：

 

三、多線程的簡單示例

下麵就從簡單的多線程開始理解吧，這裡我創建了一個控制台應用程式。

　　 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadDemoClass demoClass = new ThreadDemoClass();

            //創建一個新的線程
            Thread thread = new Thread(demoClass.Run);

            //設置為後臺線程
            thread.IsBackground = true;

            //開始線程
            thread.Start();

            Console.WriteLine("Main thread working...");
            Console.WriteLine("Main thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());

            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class ThreadDemoClass
    {
        public void Run()
        {
            Console.WriteLine("Child thread working...");
            Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        }
    }

創建一個新的線程還可以使用 ThreadStart 委托的方式。如下：

//創建一個委托，並把要執行的方法作為參數傳遞給這個委托
ThreadStart threadStart = new ThreadStart(demoClass.Run);
Thread thread = new Thread(threadStart);

執行結果：

根據以上的結果我們可以分析得到，主線程創建了一個子線程並啟動了它，但是主線程沒有等到子線程執行完成，而是繼續再往下執行的。

這就涉及到了線程非同步或同步的問題了，這個我們後面再說。

繼續上面的問題，那麼如果我想要等到子線程執行完成之後再繼續主線程的工作呢（當然，我覺得一般不會有這種需求）。

我們可以使用 Join() 這個方法，修改之後的代碼：

　　 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadDemoClass demoClass = new ThreadDemoClass();

            //創建一個新的線程
            Thread thread = new Thread(demoClass.Run);

            //設置為後臺線程
            thread.IsBackground = true;

            //開始線程
            thread.Start();

            //等待直到線程完成
            thread.Join();

            Console.WriteLine("Main thread working...");
            Console.WriteLine("Main thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());

            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class ThreadDemoClass
    {
        public void Run()
        {
            Console.WriteLine("Child thread working...");
            Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        }
    }

執行結果：

上面的代碼相比之前就添加了一句 thread.Join()，它的作用就是用於阻塞後面的線程，直到當前線程完成之後。當然，還有其他的方法可以做到，比如我們現在把 thread.Join() 換成

下麵這句代碼。

//掛起當前線程指定的時間
Thread.Sleep(100);

就當前的場景來說，這樣的確可以滿足需求，但是這樣做有一個弊端，就是，當子線程所執行的方法邏輯比較複雜耗時較長的時候，這樣的方式就不一定可以，雖然可以修改線程掛起的時間，但是這個執行的時間卻是不定的。所以，Thread.Sleep() 方法一般用來設置多線程之間執行的間隔時間的。

另外，Join() 方法也接受一個參數，該參數用於指定阻塞線程的時間，如果在指定的時間內該線程沒有終止，那麼就返回 false，如果在指定的時間內已終止，那麼就返回 true。

 

上面的這種使用多線程的方式只是簡單的輸出一段內容而已，多數情況下我們需要對線程調用的方法傳入參數和接收返回值的，但是上面這種方法是不接受參數並且沒有返回值的，那麼我們可以使用 ParameterizedThreadStart 委托來創建多線程，這個委托可以接受一個 object 類型的參數，我們可以在這上面做文章。

　　 class Program
    {static void Main(string[] args)
        {
            ThreadDemoClass demoClass = new ThreadDemoClass();

            //創建一個委托，並把要執行的方法作為參數傳遞給這個委托
            ParameterizedThreadStart threadStart = new ParameterizedThreadStart(demoClass.Run);
            
            //創建一個新的線程
            Thread thread = new Thread(threadStart);

            //開始線程，並傳入參數
            thread.Start("Brambling");

            Console.WriteLine("Main thread working...");
            Console.WriteLine("Main thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class ThreadDemoClass
    {
        public void Run(object obj)
        {
            string name = obj as string;

            Console.WriteLine("Child thread working...");
            Console.WriteLine("My name is " + name);
            Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        }
    }

執行結果：

PS：這裡我沒有加這句代碼了（thread.IsBackground = true，即把當前線程設置為後臺線程），因為使用 thread.Start() 啟動的線程預設為前臺線程。那麼前臺線程和後臺線程有什麼區別呢？

前臺線程就是系統會等待所有的前臺線程運行結束後，應用程式域才會自動卸載。而設置為後臺線程之後，應用程式域會在主線程執行完成時被卸載，而不會等待非同步線程的執行完成。

那麼上面的結果可以看到在多線程實現了參數的傳遞，可是它也只有一個參數呢。但是它接受的參數是 object 類型的（萬類之源），也就是說既可以是值類型或引用類型，也可以是自定義類型。（當然，自定義類型其實也是屬於引用類型的）下麵我們使用自定義類型作為參數傳遞。

　　 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadDemoClass demoClass = new ThreadDemoClass();

            //創建一個委托，並把要執行的方法作為參數傳遞給這個委托
            ParameterizedThreadStart threadStart = new ParameterizedThreadStart(demoClass.Run);

            //創建一個新的線程
            Thread thread = new Thread(threadStart);

            UserInfo userInfo = new UserInfo();
            userInfo.Name = "Brambling";
            userInfo.Age = 333;

            //開始線程，並傳入參數
            thread.Start(userInfo);

            Console.WriteLine("Main thread working...");
            Console.WriteLine("Main thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class ThreadDemoClass
    {
        public void Run(object obj)
        {
            UserInfo userInfo = (UserInfo)obj;

            Console.WriteLine("Child thread working...");
            Console.WriteLine("My name is " + userInfo.Name);
            Console.WriteLine("I'm " + userInfo.Age + " years old this year");
            Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        }
    }

    public class UserInfo
    {
        public string Name { get; set; }

        public int Age { get; set; }
    }

執行結果：

使用自定義類型作為參數傳遞，理論上更多個參數也都是可以實現的。

 

四、線程池

使用 ThreadStart 和 ParameterizedThreadStart 創建線程還是比較簡單的，但是由於線程的創建和銷毀需要耗費一定的開銷，過多的使用線程反而會造成記憶體資源的浪費，從而影響性能，出於對性能的考慮，於是引入了線程池的概念。線程池並不是在 CLR 初始化的時候立刻創建線程的，而是在應用程式要創建線程來執行任務的時候，線程池才會初始化一個線程，初始化的線程和其他線程一樣，但是線上程完成任務之後不會自行銷毀，而是以掛起的狀態回到線程池。當應用程式再次向現成池發出請求的時候，線程池裡掛起的線程會再度激活執行任務。這樣做可以減少線程創建和銷毀所帶來的開銷。線程池建立的線程預設為後臺線程。

　　 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadDemoClass demoClass = new ThreadDemoClass();

            //設置當沒有請求時線程池維護的空閑線程數
            //第一個參數為輔助線程數
            //第二個參數為非同步 I/O 線程數
            ThreadPool.SetMinThreads(5, 5);

            //設置同時處於活動狀態的線程池的線程數，所有大於次數目的請求將保持排隊狀態，直到線程池變為可用
            //第一個參數為輔助線程數
            //第二個參數為非同步 I/O 線程數
            ThreadPool.SetMaxThreads(100, 100);

            //使用委托綁定線程池要執行的方法（無參數）
            WaitCallback waitCallback1 = new WaitCallback(demoClass.Run1);
            //將方法排入隊列，線上程池變為可用時執行
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(waitCallback1);


            //使用委托綁定線程池要執行的方法（有參數）
            WaitCallback waitCallback2 = new WaitCallback(demoClass.Run1);
            //將方法排入隊列，線上程池變為可用時執行
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(waitCallback2,"Brambling");


            UserInfo userInfo = new UserInfo();
            userInfo.Name = "Brambling";
            userInfo.Age = 33;

            //使用委托綁定線程池要執行的方法（有參數,自定義類型的參數）
            WaitCallback waitCallback3 = new WaitCallback(demoClass.Run2);
            //將方法排入隊列，線上程池變為可用時執行
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(waitCallback3, userInfo);

            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("Main thread working...");
            Console.WriteLine("Main thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class ThreadDemoClass
    {
        public void Run1(object obj)
        {
            string name = obj as string;

            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("Child thread working...");
            Console.WriteLine("My name is " + name);
            Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        }

        public void Run2(object obj)
        {
            UserInfo userInfo=(UserInfo)obj;

            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("Child thread working...");
            Console.WriteLine("My name is " + userInfo.Name);
            Console.WriteLine("I'm " + userInfo.Age + " years old this year");
            Console.WriteLine("Child thread ID is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        }
    }

    public class UserInfo
    {
        public string Name { get; set; }

        public int Age { get; set; }
    }

執行結果：

使用線程池建立的線程也可以選擇傳遞參數或不傳遞參數，並且參數也可以是值類型或引用類型（包括自定義類型）。看上面的結果發現了什麼？沒錯，第一次執行的方法的線程ID為6，最後一次執行的方法的線程ID也為6。這就說明第一次請求線程池的時候，線程池建立了一個線程，當它執行完成之後就以掛起狀態回到了線程池，在最後一次請求的時候，再次喚醒了該線程執行任務。這樣就很容易理解了。

在這裡我還發現了一個問題，就是，每次運行的時候，輸出的內容的順序都不一定是一樣的。（不只是線程池，前面的也是）因為，我沒有給任何線程設置優先順序（線程池不能設置線程的優先順序），這裡其實就涉及到線程安全的問題了，很明顯現在這樣是非線程安全的。讓我舉個慄子形容一下的話，就像以前在學校下課了去吃飯一樣，一擁而上，毫無秩序。

線程安全就先不說，留在後面再說（包括前面所提到的線程同步的問題），這篇博客旨在理解多線程。因為我也沒有太深的理解。。。

上面我們已經實現了無參數和有參數以及自定義參數多線程的實例，可是還有一個共同的問題那就是都沒有返回值。當我們用多線程做實際開發的時候大部分都是會需要返回值的，那麼我們可以使用成員變數來試試。

　　 class Program
    {
        List<UserInfo> userInfoList = new List<UserInfo>();

        static void Main(string[] args)
        {
            Program program = new Program();

            ParameterizedThreadStart threadStart = new ParameterizedThreadStart(program.Run);
            Thread thread = null;
            UserInfo userInfo = null;


            for (int i = 0; i < 3; i++)
            {
                userInfo = new UserInfo();
                userInfo.Name = "Brambling" + i.ToString();
                userInfo.Age = 33 + i;

                thread = new Thread(threadStart);
                thread.Start(userInfo);
                thread.Join();
            }

            foreach (UserInfo user in program.userInfoList)
            {
                Console.WriteLine("My name is " + user.Name);
                Console.WriteLine("I'm " + user.Age + " years old this year");
                Console.WriteLine("Thread ID is:" + user.ThreadId);
            }
            
            Console.ReadKey();
        }

        public void Run(object obj)
        {
            UserInfo userInfo = (UserInfo)obj;

            userInfo.ThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
            userInfoList.Add(userInfo);
        }
    }

執行結果：

用上面這種方法勉強可以滿足返回值的需求，但是卻有很大的局限性，因為這裡我使用的是成員變數，所以也就限制了線程調用的方法必須是在同一個類裡面。

所以也就有了下麵的方法，使用委托非同步調用的方法。

 

五、委托

委托的非同步調用有兩個比較重要的方法：BeginInvoke() 和 EndInvoke()

 

未完待續。。。


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