C# 多线程学习系列二

一、关于前台线程和后台线程

1、简介

CLR中线程分为两种类型,一种是前台线程、另一种是后台线程.

前台线程:应用程序的主线程、Thread构造的线程都默认为前台线程

后台线程:线程池线程都为后台线程

2、区别

前台线程:前台线程一般执行重要性很高的任务,至于什么是重要性很高,这个需要结合业务综合考虑,哪些操作是当前应用程序必须执行的.

后台线程:这里需要注意,当一个进程的所有前台线程关闭时,也就是当应用程序推出的时候,无论后台线程有没有执行完它的任务,它都会被强制关闭.但是,当应用程序开启时,它又会重新启动.后台线程一般执行不重要、耗时很短的任务,就算进程(应用程序)关闭了,导致它强制关闭,也不会造成影响的任务.比如系统清理程序等.

注意:一般进程会在所有的前台线程执行完毕时关闭.

3、代码演示区别

前台线程:

        static void Main(string[] args)
        {
            var thread = new Thread(DoWork);
            thread.Start();
        }

        private static void DoWork()
        {
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("子线程处理完工作,已结束");
        }

子线程停留两秒后,控制台消失.

后台线程:

        static void Main(string[] args)
        {
            var thread = new Thread(DoWork);
            thread.IsBackground = true;
            thread.Start();
        }

        private static void DoWork()
        {
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("子线程处理完工作,已结束");
        }

控制台不等子线程处理完,直接消失.

效果很直观,前台线程会执行完才结束进程,但是后台线程则不会.

二、使用Thread构建异步操作(受限制)

1、Thread简介和使用场景

关于使用Thread类构建线程执行异步操作有以下几点需要注意的:

(1)、Thread本身微软并不建议使用,应为它其中的很多Api并不靠谱(如Start、Join、IsBackground等)

(2)、由于(1)的问题,所以微软将整个Thread类都不开放给Windows Store应用

虽然Thread有很多不好的缺点,但是它还是有它的用武之处,只要满足以下条件:

(1)、如果执行的代码处于一种特定的状态,这种状态对于线程池来说时非同寻常的.

(2)、线程需要以非普通优先级运行.所有线程池线程都以普通优先级运行,虽然可以修改,但是在不同线程池之间,这种优先级无法持续.

(3)、需要线程变现为一个前台线程(什么是前台线程,上面有解释),防止应用程序在线程结束前就关闭了.这个后台线程无法做到(也就是线程池线程)

(4)、线程需要执行长时间的计算任务.

(5)、线程可能存在终止的情况,程序池线程不存在这种情况(它会一直执行).Thread类的Abort方法.

2、代码演示

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("主线程开始执行,并调用了一个不带参子线程执行其他的任务");
            Thread.Sleep(500);
            var thread = new Thread(ExecuteOtherWork);//构造一个线程对象,实际没有开启线程
            thread.Start();//开启子线程,做其他的任务
            Console.WriteLine("主线程继续做它的事情");
            thread.Join();//等待不带参子线程做完它的任务
            Console.WriteLine("主线程开始执行,并调用了一个带参的子线程执行其他的任务");
            var thread1 = new Thread(ExecuteWorkWithParameter);
            thread1.Start(666);
            Console.WriteLine("主线程继续做它的事情");
            thread1.Join();
            Console.WriteLine("3个线程完美的完成了它们的任务");
            Console.Read();
        }

        /// <summary>
        /// 开启一个不传递参数的子线程,并执行它的任务
        /// </summary>
        static void ExecuteOtherWork()
        {
            Thread.Sleep(500);
            Console.WriteLine("不带参的子线程开始做它的事情,处理这件事情需要花费点时间");
            Thread.Sleep(2000);//子线程休息5秒
            Console.WriteLine("不带参的子线程完美的完成了它的任务");
            Thread.Sleep(500);
        }

        /// <summary>
        /// 开启一个带传递参数的子线程,并执行它的任务
        /// </summary>
        /// <param name="parameter"></param>
        static void ExecuteWorkWithParameter(object parameter)
        {
            Thread.Sleep(500);
            Console.WriteLine("带参的子线程开始做它的事情,处理这件事情需要花费点时间,主线程传递给它的参数是:{0}", parameter.ToString());
            Thread.Sleep(2000);//子线程休息5秒
            Console.WriteLine("带参的子线程完美的完成了它的任务");
            Thread.Sleep(500);
        }

三、CLR线程池

1、进程和CLR的关系
一个进程可以只包含一个CLR,也可以包含多个CLR
2、CLR和AppDomain的关系
一个CLR可以包含多个AppDomain
3、CLR和线程池的关系
一个CLR只包含一个线程池
所以得出一个CLR下的多个AppDomain共享一个线程池和一个进程下的多个CLR拥有多个线程池的结论.注:多个线程池间的线程池相互不产生影响.

4、CLR和线程池和操作请求队列的关系
(1)、CLR第一次初始化时,线程池并没有线程,当应用程序调用异步代码执行一个方法时,会将该请求记录项加入到操作请求队列中,线程池的代码从这个队列中获取记录项,并派发给线程池线程,接着
线程池会创建线程,当然这里会有性能开销,但是当该线程执行完毕之后,线程池会回收这个线程,这里注意:线程池不会直接销毁这个线程,而是让它处于闲置状态.这样就不会产生额外的性能开销.
但是如果该线程如果长时间处于闲置状态,那么线程池会销毁它,关于这个时间的计算很复杂,各个CLR对它的定义各不相同.
(2)、当应用程序向线程池发起了多个请求,线程池会尝试用一个线程来处理你所有的请求,但是如果这个线程处理压力过大,那么它会开启一个新的线程来给它分担压力.以此类推.
(3)、线程池之包含了少量线程,因为如果线程太多,会增加性能开销,当然如果你升级了你电脑的cpu,线程池则会创建更多的线程.这个过程线程池会自动的去读取你得cpu核数信息,自动的去分配合适的线程数
合理地分配CPU资源.当应用程序的压力减轻,那么它会销毁不用的线程.

(4)、代码演示

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("主线程开始执行,调用一个带参数的线程池子线程");
            //主线程调用ThreadPool.QueueUserWorkItem方法向线程池的操作队列添加一个记录项
            //线程池会遍历这个操作队列的所有记录项,然后将记录项中派发给一个线程池线程
            //接着线程池的线程就开始执行ExecuteOtherWork方法(同时接受了主线程传递给它的参数)
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ExecuteOtherWork,666);
            Console.WriteLine("主线程继续执行");
            Console.WriteLine("两个线程全部执行完毕");
            Console.Read();//这行代码必须加,因为线程池是后台线程,当进程关闭,该进程所有的后台线程都会被关闭,不管是否执行完毕.
        }

        /// <summary>
        /// 线程池子线程调用的方法
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        static void ExecuteOtherWork(object state)
        {
            Console.WriteLine("线程池子线程开始执行,主线程传递给它的参数是:{0}", state);
            Console.WriteLine("线程池子线程执行完毕");
        }

注:这里的输出顺序不确定,因为在多核机器下,可能线程调度器会同时执行主线程和子线程.

四、关于线程池线程的执行上下文

(1)、什么是执行上下文

执行上下文是初始线程的环境描述的数据结构,该结构包含以下东西:

i、安全设置(压缩栈、Thread的Principal属性( 获取或设置线程的当前负责人（对基于角色的安全性而言）)和Windows身份)

ii、宿主设置 详情参见HostExecutionContext、HostExecutionContextManager类,通过该类可以设置宿主上下文的状态、以及创建当前宿主上下文的副本.代码,并设置子线程的上下文为主线程的上下文:

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("主线程开始执行,调用一个带参数的线程池子线程");
            var mainThreadContext = new HostExecutionContext("0");
            mainThreadContext=mainThreadContext.CreateCopy();
            var thread = new Thread(ExecuteOtherWork);
            thread.Start(mainThreadContext);
            Console.Read();
        }

        /// <summary>
        /// 线程池子线程调用的方法
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        static void ExecuteOtherWork(object state)
        {
            var manager = new HostExecutionContextManager();
            manager.SetHostExecutionContext(state as HostExecutionContext);
            Console.WriteLine("子线程执行完毕");
        }

凑合着看,暂时还没有发现这么做的实际意义.可能只有微软知道。哈哈!CLR默认造成初始线程的上下文流向任何子线程。

注:关于上下文复制的这种机制,很清楚,肯定会造成性能上的开销,每开启一个新的线程就会复制原有线程的上下文给新的线程.

但是考虑到性能问题,MS提供了ExecutionContext

        private static string shareKey = "线程之间共享的数据槽值键";
        static void Main(string[] args)
        {
            
            Console.WriteLine("主线程开始执行,调用一个带参数的线程池子线程");
            CallContext.LogicalSetData(shareKey, "666");
            ExecutionContext.SuppressFlow();
            var thread = new Thread(ExecuteOtherWork);
            thread.Start();
            Console.Read();
        }

        /// <summary>
        /// 线程池子线程调用的方法
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        static void ExecuteOtherWork(object state)
        {
            Console.WriteLine("线程之间共享的数据槽值：{0}", CallContext.LogicalGetData(shareKey));
            Console.WriteLine("子线程执行完毕");
        }

关于CallContext.LogicalSetData参考下面的例子

iii、逻辑调用上下文数据结构CallContext类,关于它的用法,如下:

        private static string notShareContextKey = "线程内唯一的对象,无法共享到其他线程";

        private static string shareContextKey = "线程之间共享的对象,可以传播到其他线程";

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("主线程开始执行,调用一个带参数的线程池子线程");
            CallContext.SetData(notShareContextKey, "111");
            CallContext.LogicalSetData(shareContextKey, "666");
            var thread = new Thread(ExecuteOtherWork);
            thread.Start();
            Console.WriteLine("看看主线程能不能通过CallContext.SetData方法拿到这个数据：{0}", CallContext.GetData(notShareContextKey) ??"没有拿到");
            Console.WriteLine("看看主线程能不能通过CallContext.LogicalSetData方法拿到主线程的逻辑上下文对象里面设置的数据：{0}", CallContext.LogicalGetData(shareContextKey) ?? "没有拿到");
            Console.Read();
        }

        /// <summary>
        /// 线程池子线程调用的方法
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        static void ExecuteOtherWork(object state)
        {
            var obj=CallContext.GetData("线程内唯一的对象,无法共享到其他线程");
            Console.WriteLine("看看子线程能不能通过CallContext.SetData方法拿到主线程的逻辑上下文对象里面设置的数据：{0}", CallContext.GetData(notShareContextKey) ?? "没有拿到");
            Console.WriteLine("看看子线程能不能通过CallContext.LogicalSetData方法拿到主线程的逻辑上下文对象里面设置的数据：{0}", CallContext.LogicalGetData(shareContextKey) ?? "没有拿到");
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("子线程执行完毕");
        }

CallContext.SetData设置的数据线程内唯一,不能跨线程调用,但是CallContext.LogicalSetData可以跨线程调用.后者类似于HttpContext的Session机制,用于保存用户信息,不受多线程的影响,如果你希望你的数据随着线程的消失而消失可以使用前者来做,其实HttpContext上下文的本质就是使用CallContext,我推测的,没有检验,效果是一样的,本身用户的请求就相当于一个线程.所以,可以通过对这两者的理解,可以封装一个对象,该对象维持一个应用程序上下文,同时能满足Web应用,可其他基于线程池的应用.即使在多线程环境下,也能很好的维护一些应用全局共享的关键数据.