C#线程

C#的线程(一)

初识线程

线程是一个独立的运行单元,每个进程内部都有多个线程,每个线程都可以各自同时执行指令。每个线程都有自己独立的栈,但是与进程内的其他线程共享内存。但是对于.NET的客户端程序(Console,WPF,WinForms)是由CLR创建的单线程(主线程,且只创建一个线程)来启动。在该线程上可以创建其他线程。

图:

线程工作方式

多线程由内部线程调度程序管理,线程调度器通常是CLR委派给操作系统的函数。线程调度程序确保所有活动线程都被分配到合适的执行时间,线程在等待或阻止时 (例如,在一个独占锁或用户输入) 不会消耗 CPU 时间。
在单处理器计算机上,线程调度程序是执行时间切片 — 迅速切换每个活动线程。在 Windows 中, 一个时间片是通常数十毫秒为单位的区域 — — 相比来说 线程间相互切换比CPU更消耗资源。在多处理器计算机上,多线程用一种混合的时间切片和真正的并发性来实现,不同的线程会在不同的cpu运行代码。

创建线程

如:

using System;
using System.Threading;

class ThreadTest
{
  static void Main()
  {
    Thread t = new Thread (Write2);          // 创建线程t
    t.Start();                               // 执行 Write2()
 
    // 同时执行主线程上的该方法
    for (int i = 0; i < 1000; i++) Console.Write ("1");
  }
 
  static void Write2()
  {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) Console.Write ("2");
  }
}

//输出:
//111122221122221212122221212......

在主线程上创建了一个新的线程,该新线程执行WrWrite2方法,在调用t.Start()时,主线程并行,输出“1”。

图:

线程Start()之后,线程的IsAlive属性就为true,直到该线程结束(当线程传入的方法结束时,该线程就结束)。


CLR使每个线程都有自己独立的内存栈,所以每个线程的本地变量都相互独立。

如:

static void Main() 
{
  new Thread (Go).Start();      // 创建一个新线程,并调用Go方法
  Go();                         // 在主线程上调用Go方法
}
 
static void Go()
{
  // 声明一个本地局部变量 cycles
  for (int cycles = 0; cycles < 5; cycles++) Console.Write ('N');
}
//输出:
//NNNNNNNNNN (共输出10个N)

在新线程和主线程上调用Go方法时分别创建了变量cycles,这时cycles在不同的线程栈上,所以相互独立不受影响。

图:

如果不同线程指向同一个实例的引用,那么不同的线程共享该实例。

如:

class ThreadTest
{
  //全局变量
  int i;
 
  static void Main()
  {
    ThreadTest tt = new ThreadTest();   // 创建一个ThreadTest类的实例
    new Thread (tt.Go).Start();
    tt.Go();
  }
 
  // Go方法属于ThreadTest的实例
  void Go() 
  {
     if (i==1) { ++i; Console.WriteLine (i); }
  }
}
//输出:
//2

新线程和主线程上调用了同一个实例的Go方法,所以变量i共享。

静态变量也可以被多线程共享

class ThreadTest 
{
  static int i;    // 静态变量可以被线程共享
 
  static void Main()
  {
    new Thread (Go).Start();
    Go();
  }
 
  static void Go()
  {
    if (i==1) { ++i; Console.WriteLine (i); }
  }
}

//输出:
//2

如果将Go方法的代码位置互换

 static void Go()
  {
    if (i==1) {  Console.WriteLine (i);++i;}
  }

//输出:
//1
//1(有时输出一个,有时输出两个)

如果新线程在Write之后,done=true之前,主线程也执行到了write那么就会有两个done。

不同线程在读写共享字段时会出现不可控的输出,这就是多线程的线程安全问题。

解决方法: 使用排它锁来解决这个问题--lock

class ThreadSafe 
{
  static bool done;
  static readonly object locker = new object();
 
  static void Main()
  {
    new Thread (Go).Start();
    Go();
  }
 
  static void Go()
  {
    //使用lock,确保一次只有一个线程执行该代码
    lock (locker)
    {
      if (!done) { Console.WriteLine ("Done"); done = true; }
    }
  }
}

当多个线程都在争取这个排它锁时,一个线程获取该锁,其他线程会处于blocked状态(该状态时不消耗cpu),等待另一个线程释放锁时,捕获该锁。这就保证了一次
只有一个线程执行该代码。


Join和Sleep

Join可以实现暂停另一个线程,直到调用Join方法的线程结束。

static void Main()
{
  Thread t = new Thread (Go);
  t.Start();
  t.Join();
  Console.WriteLine ("Thread t has ended!");
}
 
static void Go()
{
  for (int i = 0; i < 1000; i++) Console.Write ("y");
}

//输出:
//yyyyyy..... Thread t has ended!

线程t调用Join方法,阻塞主线程,直到t线程执行结束,再执行主线程。

Sleep:暂停该线程一段时间

Thread.Sleep (TimeSpan.FromHours (1));  // 暂停一个小时
Thread.Sleep (500);                     // 暂停500毫秒

Join是暂停别的线程,Sleep是暂停自己线程。

上面的例子是使用Thread类的构造函数,给构造函数传入一个ThreadStart委托。来实现的。

public delegate void ThreadStart();

然后调用Start方法,来执行该线程。委托执行完该线程也结束。

如:

class ThreadTest
{
  static void Main() 
  {
    Thread t = new Thread (new ThreadStart (Go));
 
    t.Start();   // 执行Go方法
    Go();        // 同时在主线程上执行Go方法
  }
 
  static void Go()
  {
    Console.WriteLine ("hello!");
  }
}

多数情况下,可以不用new ThreadStart委托。直接在构造函数里传入void类型的方法。

Thread t = new Thread (Go); 

使用lambda表达式

static void Main()
{
  Thread t = new Thread ( () => Console.WriteLine ("Hello!") );
  t.Start();
}

Foreground线程和Background线程

默认情况下创建的线程都是Foreground,只要有一个Foregournd线程在执行,应用程序就不会关闭。
Background线程则不是。一旦Foreground线程执行完,应用程序结束,background就会强制结束。
可以用IsBackground来查看该线程是什么类型的线程。


线程异常捕获

public static void Main()
{
  try
  {
    new Thread (Go).Start();
  }
  catch (Exception ex)
  {
    // 不能捕获异常
    Console.WriteLine ("Exception!");
  }
}
 
static void Go() { throw null; }   //抛出 Null异常

此时并不能在Main方法里捕获线程Go方法的异常,如果是Thread自身的异常可以捕获。

正确捕获方式:

public static void Main()
{
   new Thread (Go).Start();
}
 
static void Go()
{
  try
  {
    // ...
    throw null;    // 这个异常会被下面捕获
    // ...
  }
  catch (Exception ex)
  {
     // ...
  }
}


线程池

当创建一个线程时,就会消耗几百毫秒cpu,创建一些新的私有局部变量栈。每个线程还消耗(默认)约1 MB的内存。线程池通过共享和回收线程,允许在不影响性能的情况下启用多线程。
每个.NET程序都有一个线程池,线程池维护着一定数量的工作线程,这些线程等待着执行分配下来的任务。

线程池线程注意点:

1 线程池的线程不能设置名字(导致线程调试困难)。
2 线程池的线程都是background线程
3 阻塞一个线程池的线程,会导致延迟。
4 可以随意设置线程池的优先级,在回到线程池时改线程就会被重置。

通过Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread.可以查看该线程是否是线程池的线程。

使用线程池创建线程的方法:

  • Task
  • ThreadPool.QueueUserWorkItem
  • Asynchronous delegates
  • BackgroundWorker

TPL

Framework4.0下可以使用Task来创建线程池线程。调用Task.Factory.StartNew(),传递一个委托

  • Task.Factory.StartNew

static void Main() 
{
  Task.Factory.StartNew (Go);
}
 
static void Go()
{
  Console.WriteLine ("Hello from the thread pool!");
}

Task.Factory.StartNew 返回一个Task对象。可以调用该Task对象的Wait来等待该线程结束,调用Wait时会阻塞调用者的线程。

  • Task构造函数
    给Task构造函数传递Action委托,或对应的方法,调用start方法,启动任务
static void Main() 
{
  Task t=new Task(Go);
  t.Start();
}
 
static void Go()
{
  Console.WriteLine ("Hello from the thread pool!");
}

  • Task.Run

直接调用Task.Run传入方法,执行。


static void Main() 
{
  Task.Run(() => Go());
}
 
static void Go()
{
  Console.WriteLine ("Hello from the thread pool!");
}


QueueUserWorkItem

QueueUserWorkItem没有返回值。使用 QueueUserWorkItem,只需传递相应委托的方法就行。

static void Main()
{
  //Go方法的参数data此时为空
  ThreadPool.QueueUserWorkItem (Go);
  //Go方法的参数data此时为123
  ThreadPool.QueueUserWorkItem (Go, 123);
  Console.ReadLine();
}
 
static void Go (object data) 
{
  Console.WriteLine ("Hello from the thread pool! " + data);
}

委托异步

委托异步可以返回任意类型个数的值。
使用委托异步的方式:

  1. 声明一个和方法匹配的委托
  2. 调用该委托的BeginInvoke方法,获取返回类型为IAsyncResult的值
  3. 调用EndInvoke方法传递IAsyncResulte类型的值获取最终结果

如:

static void Main()
{
  Func<string, int> method = Work;
  IAsyncResult cookie = method.BeginInvoke ("test", null, null);
  //
  // ... 此时可以同步处理其他事情
  //
  int result = method.EndInvoke (cookie);
  Console.WriteLine ("String length is: " + result);
}
 
static int Work (string s) { return s.Length; }

使用回调函数来简化委托的异步调用,回调函数参数为IAsyncResult类型

static void Main()
{
  Func<string, int> method = Work;
  method.BeginInvoke ("test", Done, method);
  // ...
  //并行其他事情
}
 
static int Work (string s) { return s.Length; }
 
static void Done (IAsyncResult cookie)
{
  var target = (Func<string, int>) cookie.AsyncState;
  int result = target.EndInvoke (cookie);
  Console.WriteLine ("String length is: " + result);
}

使用匿名方法

 Func<string, int> f = s => { return s.Length; };
  f.BeginInvoke("hello", arg =>
  {
      var target = (Func<string, int>)arg.AsyncState;
      int result = target.EndInvoke(arg);
      Console.WriteLine("String length is: " + result);
  }, f);

线程传参和线程返回值

Thread

Thread构造函数传递方法有两种方式:

public delegate void ThreadStart();
public delegate void ParameterizedThreadStart (object obj);

所以Thread可以传递零个或一个参数,但是没有返回值。

  • 使用lambda表达式直接传入参数。
static void Main()
{
  Thread t = new Thread ( () => Print ("Hello from t!") );
  t.Start();
}
 
static void Print (string message) 
{
  Console.WriteLine (message);
}
  • 调用Start方法时传入参数
static void Main()
{
  Thread t = new Thread (Print);
  t.Start ("Hello from t!");
}
 
static void Print (object messageObj)
{
  string message = (string) messageObj;   
  Console.WriteLine (message);
}

Lambda简洁高效,但是在捕获变量的时候要注意,捕获的变量是否共享。
如:

for (int i = 0; i < 10; i++)
  new Thread (() => Console.Write (i)).Start();

//输出:
//0223447899

因为每次循环中的i都是同一个i,是共享变量,在输出的过程中,i的值会发生变化。

解决方法-局部域变量

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
  int temp = i;
  new Thread (() => Console.Write (temp)).Start();
}

这时每个线程都指向新的域变量temp(此时每个线程都有属于自己的花括号的域变量)在该线程中temp不受其他线程影响。


委托

委托可以有任意个传入和输出参数。以Action,Func来举例。

  • Action 有零个或多个传入参数,但是没有返回值。
  • Func 有零个或多个传入参数,和一个返回值。
  Func<string, int> method = Work;
  IAsyncResult cookie = method.BeginInvoke("test", null, null);
  //
  // ... 此时可以同步处理其他事情
  //
  int result = method.EndInvoke(cookie);
  Console.WriteLine("String length is: " + result);        

  int Work(string s) { return s.Length; }

使用回调函数获取返回值

static void Main()
{
  Func<string, int> method = Work;
  method.BeginInvoke ("test", Done, null);
  // ...
  //并行其他事情
}
 
static int Work (string s) { return s.Length; }
 
static void Done (IAsyncResult cookie)
{
  var target = (Func<string, int>) cookie.AsyncState;
  int result = target.EndInvoke (cookie);
  Console.WriteLine ("String length is: " + result);
}

EndInvoke做了三件事情:

  1. 等待委托异步的结束。
  2. 获取返回值。
  3. 抛出未处理异常给调用线程。

Task

Task泛型允许有返回值。

如:

static void Main()
{
  // 创建Task并执行
  Task<string> task = Task.Factory.StartNew<string>
    ( () => DownloadString ("http://www.baidu.com") ); 
  // 同时执行其他方法
  Console.WriteLine("begin");
  //等待获取返回值,并且不会阻塞主线程
  Console.WriteLine(task.Result);
  Console.WriteLine("end");
} 
static string DownloadString (string uri)
{
  using (var wc = new System.Net.WebClient())
    return wc.DownloadString (uri);
}


参考:

posted @ 2017-02-23 14:41  JoeSnail  阅读(3257)  评论(5编辑  收藏
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