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C#多线程(一) 入门
本文你会了解如下内容：
1、计算机程序、进程、线程的概念
2、多线程的概念、为什么需要多线程、多线程的好处与坏处
3、C# 线程的一些概念与操作(创建线程、像线程中传递参数、给线程取名、前后台线程、线程优先级、异常处理)
4、线程池
一、计算机程序、进程、线程的概念
计算机程序：是计算机能识别和处理的指令集合，通常情况下是计算机操作系统可以执行的二进制文件，如在Win32系统上符合PE(Portable Executable)格式的二进制文件就可算是计算机程序。
进程：是计算机程序在计算机操作系统中运行的产物。一个计算机程序可以有多个进程，如一个游戏程序运行多次就会得到多个游戏程序的进程。
注：在早期的操作系统（如早期的 Unix）是基于进程设计的，进程既是掌管资源的单位又是执行的单位；在现代的操作系统中，进程本身不是执行的单位，而是线程的容器，此时的进程仅仅是掌管资源的单位。
线程：是一个独立的执行流，每个线程有自己独立的线程栈。在同一进程下的线程共享进程的资源。
二、多线程的概念、为什么需要多线程、多线程的好处与坏处
多线程：通过软件或硬件的技术实现多个线程并发执行的技术，在通常情况下就是指一个进程中有多个线程(并发执行)的现象。
我们知道在现在主流计算机体系结构（冯诺依曼体系机构）中CPU是很宝贵的资源，我们要尽可能的提高CPU的利用率。在日常的任务操作中，有大量任务是与IO设备交互，应为IO设备的运行速度比CPU的运行速度慢好几个数量级，在需要大量IO操作的任务或程序（IO密集型）中CPU会有一段不短的时间等待IO设备处理完毕，这就造成了CPU资源的浪费。为了解决这种浪费，为了更充分的利用CPU资源，我们引入多线程技术。针对刚才的例子，我们可以通过把需要和IO设备交互的工作交给一个线程（通常是后台线程）处理，主线程继续执行其他任务，这样就解决问题了，这也就是为什么需要需要多线程技术。
多线程的好处：
1、提高了CPU的利用率
2、提升了程序的效率
多线程的坏处：
1、增加了程序的复杂度（创建线程不复杂、复杂的是线程间的协调工作），可能导致一些很难调试的BUG
2、比单线程程序消耗更多的资源（每个线程有独立的线程栈，这是需要资源滴）
建议：
1、将多线程逻辑封装到一个可重用的类库中，这个类库可以被充分的测试。最好不要将多线程处理逻辑和业务处理逻辑耦合得太紧，这样做是在给自己挖坑 
三、C# 线程的一些概念与操作
光说不练假把式，先来看个例子（为了节省文章版幅，因此代码有时候采用缩行处理）
例1:创建线程
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { Thread t = new Thread(WriteY); t.Start(); while(true) {Console.Write("x");} } static void WriteY() { while(true) {Console.Write("y");} }}
编译： csc 1.cs
运行 1.exe > result.txt
上面的 “>” 是一个DOS运算符，含义是将 1.exe 打印的字符写入到 result.txt 文本中
效果：
引用 Thread in C# 中的一幅图
刚才我们说每个线程有独立的线程栈，我们写代码验证下
using System;using System.Threading;// 每个线程内的变量互相不影响，CLR为每个线程在堆上分配独立的线程栈控件class App{ static void Main() { new Thread(Go).Start(); Go(); } static void Go() { for(int cycles = 0; cycles<5; cycles++) {Console.Write("?");} }}
运行效果：??????????
10 个问号，不是5个问号，正好验证了我们的猜测。
当线程引用公有变量(全局变量)时它们会共享此公有变量的数据，看下例：
using System;using System.Threading;// 实例字段和实例方法class App{ bool done; static void Main() { App app = new App(); new Thread(app.Go).Start(); app.Go(); } void Go() { if(!done){done = true; Console.WriteLine("This Only Print Once");} }}
运行效果： This Only Print Once
貌似这个程序得到了我们要的效果，其实这样做是存在打印出两次的风险的（虽然概率极小），为了让出现打印两次的概念变大许多，我们改变以下 done = true; 和Console.WriteLine("This Only Print Once"); 的次序变为：
void Go(){ if(!done){Console.WriteLine("This Only Print Once");done = true; }}
运行结果变为：
This Only Print Once
This Only Print Once
打印了两次，这并不是我们想要的结果。通过这个例子，我们引入线程安全的概念（其实这是一个非线程安全的例子）即在多线程情况下，每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，相关变量的值也是在预期范围内的，这样的情况成为线程安全，反之称为非线程安全（说白了，线程安全，就是程序跑出的结果和你猜想的一致，非线程安全就是和你想的不一致）
在C#中解决上面非线程安全问题的最简单的方式就是用 lock 语句锁住多线程交互的地方，看代码：
using System;using System.Threading;class App{ static bool done; static object _locker = new object(); static void Main() { new Thread(Go).Start(); Go(); } static void Go() { lock(_locker) { if(!done) {Console.WriteLine("This Only Print Once");done = true;} } } }
运行结果：This Only Print Once
注意：
1、线程间共享公有数据是多线程复杂性以及产生难以发现BUG的主要原因，尽管多线程之间经常需要共享公共数据，但尽量使共享数据交互的代码尽量简单吧
2、通过lock语句每次只有一个线程进入临界区，其余线程被挡在临界区外（或等待或被阻塞Blocked）直到获取到lock的锁对象。
3、lock 语句是比较耗资源的，lock语句锁住的范围最好尽量的小。考虑一个极端的情况，在一个多线程程序中用lock语句锁住的范围是整个程序的执行范围，这是神马情况？这种情况不就是和单线程执行效果一样了么，那还用毛线多线程技术和lock语句呀，对吧？！
Join 与 Sleep语句
你可以通过Join语句实现线程A等待线程B执行完的功能，看代码：
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { Thread t = new Thread(() => { for(int i = 0; i< 1000; i++) {Console.Write("y ");} }); t.Start(); t.Join(); // 主线程等待 线程t执行完毕再结束 Console.WriteLine("Thread t has ended!"); }}
编译 ：csc 10_join.cs
运行 ： 10_join.exe > joinResult.txt
程序执行效果：
其实本例的t.Join(); 加不加效果都一样，原因是用 Thread 创建的线程是前台线程，程序要等到所有前台线程执行完毕后才会退出，这个下面会谈到。
Thread.Sleep 暂停当前线程指定时间
Thread.Sleep(TimeSpan.FromHours(1)); // 暂停1小时Thread.Sleep(500); // 暂停 500 毫秒
注意：
1、Thread.Sleep(0) 或 Thread.Yield() 表示主动放弃当前线程执行权，把CPU资源让给别的线程。Yield(有放弃、让步、屈服之意)
ThreadStart委托与 ParameterizedThreadStart 委托
先看看MSDN上的定义:
public delegate void ThreadStart() // 无参
public delegate void ParameterizedThreadStart(Object obj) // 带参数，可以向线程中传递数据，但注意这里只能用Object，因此涉及到装箱拆箱操作
初始化委托有四种方法(原始方式、方法方式、匿名方法方式、Lambda 方式)详见 类库探源——System.Delegate
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { Thread t = new Thread(new ThreadStart(WriteY)); // 这是原始的方法 /* 还可以 Thread t = new Thread(WriteY); // 方法方式 Thread t = new Thread(delegate(){while(true) {Console.Write("y");}}); // 匿名方法 Thread t = new Thread(() => {while(true) {Console.Write("y");}}); // Lambda 表达式 */ Console.WriteLine(t.IsBackground); // 用 Thread 创建的线程是前台线程 结果是 False t.Start(); while(true) {Console.Write("x");} } static void WriteY() { while(true) {Console.Write("y");} }}
运行结果：
向线程中传递数据
首先我们可以用 ParameterizedThreadStart 委托传递参数，看代码：
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { string str = "Contents"; var t = new Thread(Invoke); t.Start(str); // 传参 } static void Invoke(object str) { Console.WriteLine(str); } }
上面的代码可以用 Lambda 表达式写得更精练
static void Main(){ string str = "Contents"; new Thread((obj) =>{Console.WriteLine(obj);}).Start(str);}
第二种方法用匿名方法（或Lambda表达式）调用一个普通方法变通解决：
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { Thread t = new Thread(delegate(){WriteText("hello Thread Param");});
//可用Lambda表达式 var t = new Thread(() =>WriteText("hello Thread Param")); t.Start(); } static void WriteText(string txt) { Console.WriteLine(txt); }}
Lambda 表达式值捕获问题
如我们所见 Lambda 表达式是向线程传值的最强大的方式，但是你必须小心值捕获(captured variables)问题，也有人把这个问题称为闭包下值的问题，看代码：
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { for(int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(() => Console.Write(i)).Start(); } }}
运行几次的效果：
可以看出每次都不一样，也没有一次值为 0123456789 这是为什么呢？
原因是在循环指向过程中的变量 i 指向了相同的内存位置(i variable refers to the same memory location throughout the loop’s lieftime.)每个线程获取到i的值不会那么巧正好是 0123456789的顺序
解决方法：用个临时变量存储i
int temp = i;new Thread(() => Console.Write(temp)).Start();
效果：
每次都是 0123456789
再用更简单例子来说明:
string text = "t1";var t1 = new Thread(() =>Console.WriteLine(text));string text = "t2";var t2 = new Thread(() =>Console.WriteLine(text));t1.Start();t2.Start();
结果是打印 两个 t2
给线程取名
给线程命名在调试的时候很有用，在VS下可以查看线程名字
Thread.CurrentThread 获取当前正在运行的线程
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { Thread.CurrentThread.Name = "Main Thread"; var worker = new Thread(Go); worker.Name = "Worker Thread"; worker.Start(); // 另取线程调用Go Go(); // 主线程中调用Go } static void Go() { Console.WriteLine("Hello from " + Thread.CurrentThread.Name); }}
运行效果：
前台线程与后台线程
用 Thread 类创建的线程默认是前台线程，应用程序的所有前台线程执行完后才结束，如何特殊设置（如Join）前台线程结束后，后台线程也会终止因为程序都terminate 了嘛 
。
看下刚才Join的例子，我们将用后台线程演示，看代码：
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { Thread t = new Thread(() => { for(int i = 0; i< 1000; i++) {Console.Write("y ");} }); t.IsBackground = true; t.Start(); Console.WriteLine("Thread t has ended!"); }}
运行2次效果：
第一次执行打印一个y 第二次执行打印一个y ，反正都没打印完
现在用 Join 语句阻塞下
using System;using System.Threading;class App{ static void Main() { Thread t = new Thread(() => { for(int i = 0; i< 1000; i++) {Console.Write("y ");} }); t.IsBackground = true; t.Start(); t.Join(); Console.WriteLine("Thread t has ended!"); }}
效果：
后台线程执行完了。
注意：
1、Thread 创建的线程默认是前台线程
2、线程池创建的线程默认是后台线程
3、线程的前后台状态与线程的优先级没有关系
线程优先级
public enum ThreadPriority{Lowest,BelowNormal,Normal,AboveNormal,Highest}
异常处理
参见 类库探源——System.Exception 中第四和第五小节
未完
本系列参考：Joseph Albaharis Thread in C#
C#多线程(一) 入门