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C#多线程

2024-08-26 14:13:12   228人阅读

1、基本概念

进程（Process）是Windows系统中的一个基本概念，它包含着一个运行程序所需要的资源。进程之间是相对独立的，一个进程无法访问另一个进程的数据（除非利用分布式计算方式），一个进程运行的失败也不会影响其他进程的运行，Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。进程可以理解为一个程序的基本边界。是应用程序的一个运行例程，是应用程序的一次动态执行过程。

线程（Thread）是进程中的基本执行单元，是操作系统分配CPU时间的基本单位，一个进程可以包含若干个线程，在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。在.NET应用程序中，都是以Main()方法作为入口的，当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器（Thread Local Storage，TLS）组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态，调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据，TLS主要用于存放线程的状态信息。

2、多线程

多线程的优点：可以同时完成多个任务；可以使程序的响应速度更快；可以让占用大量处理时间的任务或当前没有进行处理的任务定期将处理时间让给别的任务；可以随时停止任务；可以设置每个任务的优先级以优化程序性能。
主要缺点：对资源的共享访问可能造成冲突；程序的整体运行速度减慢。

所有线程都是依附于Main()函数所在的线程，Main()函数是C#程序的入口，起始线程可以称之为主线程。

创建线程的步骤：
1、编写线程所要执行的方法
2、实例化Thread类，并传入一个指向线程所要执行方法的委托。（这时线程已经产生，但还没有运行）
3、调用Thread实例的Start方法，标记该线程可以被CPU执行了，但具体执行时间由CPU决定

2.1 System.Threading.Thread类

Thread类是是控制线程的基础类，位于System.Threading命名空间下，具有4个重载的构造函数：

名称 说明
Thread(ParameterizedThreadStart)

初始化 Thread 类的新实例，指定允许对象在线程启动时传递给线程的委托。要执行的方法是有参的。
Thread(ParameterizedThreadStart,?Int32) 初始化 Thread 类的新实例，指定允许对象在线程启动时传递给线程的委托，并指定线程的最大堆栈大小
Thread(ThreadStart)

初始化 Thread 类的新实例。要执行的方法是无参的。
Thread(ThreadStart,?Int32)

初始化 Thread 类的新实例，指定线程的最大堆栈大小。

ThreadStart是一个无参的、返回值为void的委托。委托定义如下：

public delegate void ThreadStart()

通过ThreadStart委托创建并运行一个线程：

 1  class Program
 2     {
 3         static void Main(string[] args)
 4         {
 5             //创建无参的线程
 6             Thread thread1 = new Thread(new ThreadStart(Thread1));
 7             //调用Start方法执行线程
 8             thread1.Start();
 9 
10             Console.ReadKey();
11         }
12 
13         /// <summary>
14         /// 创建无参的方法
15         /// </summary>
16         static void Thread1()
17         {
18             Console.WriteLine("这是无参的方法");
19         }
20     }

运行结果

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除了可以运行静态的方法，还可以运行实例方法

 1  class Program
 2     {
 3         static void Main(string[] args)
 4         {
 5             //创建ThreadTest类的一个实例
 6             ThreadTest test=new ThreadTest();
 7             //调用test实例的MyThread方法
 8             Thread thread = new Thread(new ThreadStart(test.MyThread));
 9             //启动线程
10             thread.Start();
11             Console.ReadKey();
12         }
13     }
14 
15     class ThreadTest
16     {
17         public void MyThread()
18         {
19             Console.WriteLine("这是一个实例方法");
20         }
21     }

运行结果：

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如果为了简单，也可以通过匿名委托或Lambda表达式来为Thread的构造方法赋值

 1  static void Main(string[] args)
 2  {
 3        //通过匿名委托创建
 4        Thread thread1 = new Thread(delegate() { Console.WriteLine("我是通过匿名委托创建的线程"); });
 5        thread1.Start();
 6        //通过Lambda表达式创建
 7        Thread thread2 = new Thread(() => Console.WriteLine("我是通过Lambda表达式创建的委托"));
 8        thread2.Start();
 9        Console.ReadKey();
10  }

 

 运行结果：

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ParameterizedThreadStart是一个有参的、返回值为void的委托，定义如下：

public delegate void ParameterizedThreadStart(Object obj)

 1  class Program
 2     {
 3         static void Main(string[] args)
 4         {
 5             //通过ParameterizedThreadStart创建线程
 6             Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Thread1));
 7             //给方法传值
 8             thread.Start("这是一个有参数的委托");
 9             Console.ReadKey();
10         }
11 
12         /// <summary>
13         /// 创建有参的方法
14         /// 注意：方法里面的参数类型必须是Object类型
15         /// </summary>
16         /// <param name="obj"></param>
17         static void Thread1(object obj)
18         {
19             Console.WriteLine(obj);
20         }
21     }

注意：ParameterizedThreadStart委托的参数类型必须是Object的。如果使用的是不带参数的委托，不能使用带参数的Start方法运行线程，否则系统会抛出异常。但使用带参数的委托，可以使用thread.Start()来运行线程，这时所传递的参数值为null。

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2.2 线程的常用属性

属性名称说明
CurrentContext 获取线程正在其中执行的当前上下文。
CurrentThread 获取当前正在运行的线程。
ExecutionContext 获取一个 ExecutionContext 对象，该对象包含有关当前线程的各种上下文的信息。
IsAlive 获取一个值，该值指示当前线程的执行状态。
IsBackground 获取或设置一个值，该值指示某个线程是否为后台线程。
IsThreadPoolThread 获取一个值，该值指示线程是否属于托管线程池。
ManagedThreadId 获取当前托管线程的唯一标识符。
Name 获取或设置线程的名称。
Priority 获取或设置一个值，该值指示线程的调度优先级。
ThreadState 获取一个值，该值包含当前线程的状态。

2.2.1 线程的标识符

ManagedThreadId是确认线程的唯一标识符，程序在大部分情况下都是通过Thread.ManagedThreadId来辨别线程的。而Name是一个可变值，在默认时候，Name为一个空值 Null，开发人员可以通过程序设置线程的名称，但这只是一个辅助功能。

 

2.2.2 线程的优先级别

当线程之间争夺CPU时间时，CPU按照线程的优先级给予服务。高优先级的线程可以完全阻止低优先级的线程执行。.NET为线程设置了Priority属性来定义线程执行的优先级别，里面包含5个选项，其中Normal是默认值。除非系统有特殊要求，否则不应该随便设置线程的优先级别。

成员名称说明
Lowest 可以将 Thread 安排在具有任何其他优先级的线程之后。
BelowNormal 可以将 Thread 安排在具有 Normal 优先级的线程之后，在具有 Lowest 优先级的线程之前。
Normal 默认选择。可以将 Thread 安排在具有 AboveNormal 优先级的线程之后，在具有 BelowNormal 优先级的线程之前。
AboveNormal 可以将 Thread 安排在具有 Highest 优先级的线程之后，在具有 Normal 优先级的线程之前。
Highest 可以将 Thread 安排在具有任何其他优先级的线程之前。

 

2.2.3 线程的状态

通过ThreadState可以检测线程是处于Unstarted、Sleeping、Running 等等状态，它比 IsAlive 属性能提供更多的特定信息。

前面说过，一个应用程序域中可能包括多个上下文，而通过CurrentContext可以获取线程当前的上下文。

CurrentThread是最常用的一个属性，它是用于获取当前运行的线程。

 

2.2.4 System.Threading.Thread的方法

Thread 中包括了多个方法来控制线程的创建、挂起、停止、销毁，以后来的例子中会经常使用。

方法名称说明
Abort()　　　　 终止本线程。
GetDomain() 返回当前线程正在其中运行的当前域。
GetDomainId() 返回当前线程正在其中运行的当前域Id。
Interrupt() 中断处于 WaitSleepJoin 线程状态的线程。
Join() 已重载。 阻塞调用线程，直到某个线程终止时为止。
Resume() 继续运行已挂起的线程。
Start()　　 执行本线程。
Suspend() 挂起当前线程，如果当前线程已属于挂起状态则此不起作用
Sleep()　　 把正在运行的线程挂起一段时间。

线程示例

 1     static void Main(string[] args)
 2         {
 3             //获取正在运行的线程
 4             Thread thread = Thread.CurrentThread;
 5             //设置线程的名字
 6             thread.Name = "主线程";
 7             //获取当前线程的唯一标识符
 8             int id = thread.ManagedThreadId;
 9             //获取当前线程的状态
10             ThreadState state= thread.ThreadState;
11             //获取当前线程的优先级
12             ThreadPriority priority= thread.Priority;
13             string strMsg = string.Format("Thread ID:{0}\n" + "Thread Name:{1}\n" +
14                 "Thread State:{2}\n" + "Thread Priority:{3}\n", id, thread.Name,
15                 state, priority);
16 
17             Console.WriteLine(strMsg);
18                       
19             Console.ReadKey();
20         }

运行结果:

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2.3 前台线程和后台线程

前台线程：只有所有的前台线程都结束，应用程序才能结束。默认情况下创建的线程
              都是前台线程
后台线程：只要所有的前台线程结束，后台线程自动结束。通过Thread.IsBackground设置后台线程。必须在调用Start方法之前设置线程的类型，否则一旦线程运行，将无法改变其类型。

通过BeginXXX方法运行的线程都是后台线程。

 1 class Program
 2     {
 3         static void Main(string[] args)
 4         {                   
 5             //演示前台、后台线程
 6             BackGroundTest background = new BackGroundTest(10);
 7             //创建前台线程
 8             Thread fThread = new Thread(new ThreadStart(background.RunLoop));
 9             //给线程命名
10             fThread.Name = "前台线程";
11             
12 
13             BackGroundTest background1 = new BackGroundTest(20);
14             //创建后台线程
15             Thread bThread = new Thread(new ThreadStart(background1.RunLoop));
16             bThread.Name = "后台线程";
17             //设置为后台线程
18             bThread.IsBackground = true;
19 
20             //启动线程
21             fThread.Start();
22             bThread.Start();
23         }
24     }
25 
26     class BackGroundTest
27     {
28         private int Count;
29         public BackGroundTest(int count)
30         {
31             this.Count = count;
32         }
33         public void RunLoop()
34         {
35             //获取当前线程的名称
36             string threadName = Thread.CurrentThread.Name;
37             for (int i = 0; i < Count; i++)
38             {
39                 Console.WriteLine("{0}计数：{1}",threadName,i.ToString());
40                 //线程休眠500毫秒
41                 Thread.Sleep(1000);
42             }
43             Console.WriteLine("{0}完成计数",threadName);
44             
45         }
46     }

运行结果：前台线程执行完，后台线程未执行完，程序自动结束。

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把bThread.IsBackground = true注释掉，运行结果：主线程执行完毕后(Main函数)，程序并未结束，而是要等所有的前台线程结束以后才会结束。

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后台线程一般用于处理不重要的事情，应用程序结束时，后台线程是否执行完成对整个应用程序没有影响。如果要执行的事情很重要，需要将线程设置为前台线程。

2.4 线程同步

所谓同步：是指在某一时刻只有一个线程可以访问变量。
如果不能确保对变量的访问是同步的，就会产生错误。
c#为同步访问变量提供了一个非常简单的方式，即使用c#语言的关键字Lock，它可以把一段代码定义为互斥段，互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行，而其他线程必须等待。在c#中，关键字Lock定义如下：
Lock(expression)
{
   statement_block
}

expression代表你希望跟踪的对象：
           如果你想保护一个类的实例，一般地，你可以使用this；
           如果你想保护一个静态变量（如互斥代码段在一个静态方法内部），一般使用类名就可以了
而statement_block就算互斥段的代码，这段代码在一个时刻内只可能被一个线程执行。

以书店卖书为例

 1 class Program
 2     {
 3         static void Main(string[] args)
 4         {                   
 5             BookShop book = new BookShop();
 6             //创建两个线程同时访问Sale方法
 7             Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(book.Sale));
 8             Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(book.Sale));
 9             //启动线程
10             t1.Start();
11             t2.Start();
12             Console.ReadKey();
13         }
14     }
15 
16    
17 
18     class BookShop
19     {
20         //剩余图书数量
21         public int num = 1;
22         public void Sale()
23         {
24             int tmp = num;
25             if (tmp > 0)//判断是否有书，如果有就可以卖
26             {
27                 Thread.Sleep(1000);
28                 num -= 1;
29                 Console.WriteLine("售出一本图书，还剩余{0}本", num);
30             }
31             else
32             {
33                 Console.WriteLine("没有了");
34             }
35         }
36     }

运行结果：

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从运行结果可以看出，两个线程同步访问共享资源，没有考虑同步的问题，结果不正确。

考虑线程同步，改进后的代码：

 1 class Program
 2     {
 3         static void Main(string[] args)
 4         {                   
 5             BookShop book = new BookShop();
 6             //创建两个线程同时访问Sale方法
 7             Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(book.Sale));
 8             Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(book.Sale));
 9             //启动线程
10             t1.Start();
11             t2.Start();
12             Console.ReadKey();
13         }
14     }
15 
16    
17 
18     class BookShop
19     {
20         //剩余图书数量
21         public int num = 1;
22         public void Sale()
23         {
24             //使用lock关键字解决线程同步问题
25             lock (this)
26             {
27                 int tmp = num;
28                 if (tmp > 0)//判断是否有书，如果有就可以卖
29                 {
30                     Thread.Sleep(1000);
31                     num -= 1;
32                     Console.WriteLine("售出一本图书，还剩余{0}本", num);
33                 }
34                 else
35                 {
36                     Console.WriteLine("没有了");
37                 }
38             }
39         }
40     }

运行结果：

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2.5 跨线程访问

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点击“测试”，创建一个线程，从0循环到10000给文本框赋值，代码如下：

 1  private void btn_Test_Click(object sender, EventArgs e)
 2         {
 3             //创建一个线程去执行这个方法:创建的线程默认是前台线程
 4             Thread thread = new Thread(new ThreadStart(Test));
 5             //Start方法标记这个线程就绪了，可以随时被执行，具体什么时候执行这个线程，由CPU决定
 6             //将线程设置为后台线程
 7             thread.IsBackground = true;
 8             thread.Start();
 9         }
10 
11         private void Test()
12         {
13             for (int i = 0; i < 10000; i++)
14             {               
15                 this.textBox1.Text = i.ToString();
16             }
17         }

运行结果：

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产生错误的原因：textBox1是由主线程创建的，thread线程是另外创建的一个线程，在thread线程里面访问主线程创建的textBox1，发送跨线程访问，在默认情况下，.NET不允许跨线程访问。

解决方案：

1、设置控件的CheckForIllegalCrossThreadCalls属性为false，取消控件检查是否跨线程访问

//取消跨线程的访问
Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;

2、利用回调函数

2.6 终止线程

若想终止正在运行的线程，可以使用Abort（）方法。

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