閱讀目錄

• 一、多線程介紹
• 二、Join 和Sleep
• 三、線程怎樣工作
• 四、線程和進(jìn)程
• 五、線程的使用和誤用

一、多線程介紹

C#通過多線程支持并行執(zhí)行的代碼。一個線程是一個獨立執(zhí)行的路徑，可以同時與其他線程一起運行。一個C#客戶端程序(Console,WPF,Winows Forms)開始于一個單獨的線程，該線程由CLR和操作系統(tǒng)自動地創(chuàng)建，我們稱它為主線程，而且可以通過創(chuàng)建附加的線程來實現(xiàn)多線程。

所有的例子都假設(shè)引入了以下的namespaces：

Using System;

Using System.Threading;

1.初探

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1 class Program2 {3 static void Main(string[] args)4 {5 Thread thread = new Thread(WriteY);//創(chuàng)建一個線程6 thread.Start();//開始一個線程7 8 for (int i = 0; i < 1000; i++)//主線程執(zhí)行循環(huán)9 { 10 Console.Write("x"); 11 } 12 13 Console.ReadLine(); 14 } 15 static void WriteY() 16 { 17 for (int i = 0; i < 1000; i++) 18 { 19 Console.Write("y"); 20 } 21 } 22 23 }

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一旦開始，一個線程的IsAlive屬性返回true,直到這個線程結(jié)束。當(dāng)傳遞給Thread構(gòu)造函數(shù)的委托完成執(zhí)行時，這個線程結(jié)束。一旦結(jié)束，這個線程不能重啟。

2.內(nèi)存隔離

CLR給每個線程分配自己內(nèi)存棧，因此局部變量可以保持分離。在下一個例子中，我們定義了一個

使用局部變量的方法，然后在主線程和子線程同時調(diào)用這個方法。

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1 class Program2 {3 static void Main(string[] args)4 {5 new Thread(Go).Start();6 Go();7 Console.ReadKey();8 }9 10 static void Go() 11 { 12 for (int i = 0; i < 5; i++) 13 { 14 Console.Write("y"); 15 } 16 } 17 }

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因為每個線程的內(nèi)存棧都有一份隔離的循環(huán)變量的拷貝，因此可以推斷出，輸出結(jié)果是10個“y”字符?。

3.數(shù)據(jù)共享

如果多個線程對同一個對象實例有相同的引用，這些線程就共享這個對象實例的數(shù)據(jù)。例如：

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1 class Program2 {3 bool done = false;4 static void Main(string[] args)5 {6 Program p= new Program();7 new Thread(p.Go).Start();8 p.Go();9 Console.ReadKey(); 10 } 11 12 void Go() 13 { 14 if (!done) 15 { 16 done = true; 17 Console.WriteLine("Done"); 18 } 19 } 20 }

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因為兩個線程都調(diào)用實例p的go的方法，因此他們共享done這個字段，結(jié)果是done只打印出一次而不是兩次。

靜態(tài)字段提供另外一種共享數(shù)據(jù)的方法：

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1 class ThreadTest 2 {3 ??static bool done;??? // Static fields are shared between all threads4 ?5 ??static void Main()6 ??{7 ??? new Thread (Go).Start();8 ? ??Go();9 ??} 10 ? 11 ??static void Go() 12 ??{ 13 ??? if (!done) { done = true; Console.WriteLine ("Done"); } 14 ??} 15 }

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4.線程安全

這兩個例子展示了另外一個重要的概念：線程安全確實是不確定的:done可能被打印出兩次（盡管是不太可能發(fā)生的）。當(dāng)我們把Go方法中的語句的順序交換下，打印出兩次done的幾率顯著提升。

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1 class Program2 {3 static bool done = false;4 static void Main(string[] args)5 {6 Program p = new Program();7 new Thread(p.Go).Start();8 p.Go();9 Console.ReadKey(); 10 } 11 12 void Go() 13 { 14 if (!done) 15 { 16 Console.WriteLine("Done"); 17 done = true; 18 } 19 } 20 }

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這個地方的問題是線程A在線程B設(shè)置done等于true之前進(jìn)入if條件判斷中，所有A有機會打印出"Done"。

改進(jìn)方式當(dāng)讀\寫一個公共字段時，獲取一個獨占鎖（exclusive lock）。C#提供了關(guān)鍵字lock。

1 class Program2 {3 static bool done = false;4 static readonly object locker = new object();5 static void Main(string[] args)6 {7 new Thread(Go).Start();8 Go();9 Console.ReadKey(); 10 } 11 12 static void Go() 13 { 14 lock (locker) 15 { 16 if (!done) 17 { 18 Console.WriteLine("Done"); 19 done = true; 20 } 21 } 22 } 23 }

當(dāng)兩個線程同時搶占一個鎖時（在這個例子中，locker）,一個線程等待，或者阻塞，知道這個鎖釋放。在這個例子中，這個鎖保證一次只有一個線程可以進(jìn)入代碼的臨界區(qū)域，然后“Done”只會被打印一次。代碼在這種不確定的多線程背景下中被保護(hù)被叫做線程安全。

注意：在多線程中，共享數(shù)據(jù)是造成復(fù)雜原因的主要，而且會產(chǎn)生讓人費解的錯誤。盡管很基本但還是要盡可能保持簡單。

一個線程，當(dāng)阻塞的時候，不占用CPU資源。

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二、Join?和Sleep

1.Join

通過調(diào)用一個線程的Join方法，可以等待另外一個線程結(jié)束。例如：

1 static void Main(string[] args)2 {3 Thread t = new Thread(Go);4 t.Start();5 t.Join();6 Console.WriteLine("Thread t has ended!");7 Console.ReadKey();8 9 } 10 static void Go() 11 { 12 for (int i = 0; i < 1000; i++) 13 { 14 Console.Write("y"); 15 } 16 }

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這個會打印字符"y"1000次，然后緊接著立刻打印"Thread t has ended!"。Join有多個重載方法，可以在Join方法中添加一個參數(shù)，milliseconds或者timeSpan。如果這個線程結(jié)束了則Join方法返回true，如果這個線程超時則返回false。

2.Sleep

Thread.Sleep暫停當(dāng)前線程一段指定的時間：

Thread.Sleep(TimeSpan.FromHours(1));//sleep一個小時

Thread.Sleep(500);//sleep 500?微秒

當(dāng)使用Sleep或Join暫停線程時，這個線程是阻塞的，不消耗CPU資源。

Thread.Sleep(0)立即放棄這個線程的時間片，主動交出CPU給其他線程。Framework 4.0的新方法Thread.Yield()方法做同樣的事，除了當(dāng)它僅僅在同一個進(jìn)程中時，才會放棄時間片。

Sleep(0)或Yield()有時候?qū)μ嵘a(chǎn)品性能有用。而且它們也是診斷工具可以幫助揭開線程安全的問題；

如果在代碼中的任何地方都插入Thread.Yield()，會造成bug。

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三、線程怎樣工作

1.多線程由一個線程調(diào)度器來進(jìn)行內(nèi)部管理，一個功能是CLR常常委托給操做系統(tǒng)。

一個線程調(diào)度器確保所有激活的線程在執(zhí)行期間被合適的分配，等待或者阻塞的線程（比如，一個獨占鎖或者等待用戶輸入）不占用CPU資源。

2.在單核電腦上，一個線程調(diào)度器讓時間片在每一個激活的線程中切換。在windows操作系統(tǒng)下，線程切換的時間分片通常為10微秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CPU的開銷時間（通常小于1微秒）。

3.在一個多核的電腦上，多線程實現(xiàn)了一個混合的時間片和真正的并發(fā)，不同的線程同時在不同的CPU上執(zhí)行代碼。還是存在某些時間片，因為操作系統(tǒng)需要服務(wù)它自己的線程，包括其他的應(yīng)用的線程。

4.當(dāng)一個線程的執(zhí)行被內(nèi)部因素打斷，比如時間片，則說這個線程是搶占式的。在大部分情形下，一個線程不能控制自己何時何地被搶占。

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四、線程和進(jìn)程

一個線程類似于你的應(yīng)用程序正在運行的一個操作系統(tǒng)進(jìn)程。類似于進(jìn)程并行運行在一臺電腦上，線程并行運行在一個單獨的進(jìn)程中。進(jìn)程之間是完全隔離的；線程在一定程度上隔離。運行在同一個應(yīng)用程序下的線程共享堆內(nèi)存。在某種程度上，這就是為什么線程如此有用：一個線程可以在后臺取回數(shù)據(jù)，比如同時另外一個線程正在顯示數(shù)據(jù)。

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五、線程的使用和誤用

多線程有許多用途，下面是最通用的：

保持一個可響應(yīng)的用戶界面

通過在一個并行的“worker”線程上運行時間消耗的任務(wù)，主UI線程可以空閑地執(zhí)行鍵盤或鼠標(biāo)事件。

使其他阻塞CPU的線程得到最有效的使用

當(dāng)一個線程正等待另外一計算機或硬件的響應(yīng)時是非常有用的。當(dāng)一個線程執(zhí)行任務(wù)時阻塞了，其他線程正好可以使用計算機。

并行編程

如果工作負(fù)荷被共享給正在執(zhí)行“各個擊破”策略的多個線程，則代碼在多核或多進(jìn)程中集中計算可以執(zhí)行得更快。

預(yù)測執(zhí)行

在多核的機器上，你有時通過預(yù)測某些事情需要做，然后提前做，從而可以提高性能。LINQPad使用這項技術(shù)提高查詢的創(chuàng)建。一個變體是運行許多并行的算法去處理同樣的任務(wù)。無論哪個完成了第一個“wins”-當(dāng)你預(yù)先不知道哪一個算法執(zhí)行得更快時，這是非常有效的。

允許同時執(zhí)行請求

在一個server上，客戶端請求可以并行抵達(dá)，所以需要并行處理。如果你使用ASP.NET,WCF,Web Service或Remoting，.NET Framework?會自動創(chuàng)建線程。這個在client上也是有用的（比如說處理點對點的net working，或者是user的多個請求）。

比如ASP.NET和WCF技術(shù)，你可能甚至不會注意到，除非你訪問沒有合適的locking，違反線程安全的共享數(shù)據(jù)（假定通過靜態(tài)字段）。

多線程會帶來一系列問題。最大的問題是多線程會提升復(fù)雜性。有許多線程本身不會帶來復(fù)雜性，而是因為線程之間的相互影響（尤其是通過共享數(shù)據(jù)）。這個適用于是否這個相互影響是故意的，而且這個可以造成長時間的開發(fā)周期和一個持續(xù)性的敏感性和不可重現(xiàn)的bug。因為這個原因，需要將相互影響降到最低。盡可能堅持和提高可靠的設(shè)計。這篇文章主要集中在處理這些復(fù)雜性，移除相互影響這個不用多說。

一個好的策略是封裝多線程的logic到可復(fù)用的類中，這些類可以獨立地被測試。這個Framework它自己提供了許多的高級線程構(gòu)造函數(shù)，我們后面再介紹。

線程在調(diào)度和切換線程時會造成資源和CPU的消耗（當(dāng)激活的線程數(shù)量多余CPU的核的數(shù)量時）-而且有創(chuàng)建/銷毀損耗。多線程通常會提升應(yīng)用程序的速度-但是如果過度或者不適當(dāng)使用甚至?xí)箲?yīng)用程序變慢。比如，當(dāng)硬件I/O被涉及到時，有兩個線程串行運行任務(wù)比起10個并行線程一次性執(zhí)行更快。（在等待和脈沖信號中，我們描述怎樣實現(xiàn)一個生產(chǎn)者/消費者隊列來實現(xiàn)這個功能。）

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參考資料：《C# 4.0 in a Nutshell》

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C#多线程之旅(1)——介绍和基本概念的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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