C#多线程学习

一、线程的定义

　　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。

　　线程（Thread）是进程中的基本执行单元，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。

　　多线程，在单CPU系统的一个单位时间（ time slice）内，CPU只能运行单个线程，运行顺序取决于线程的优先级别。如果在单位时间内线程未能完成执行，系统就会把线程的状态信息保存到线程的本地存储器（TLS）中，以便下次执行时恢复执行。而多线程只是系统带来的一个假象，它在多个单位时间内进行多个线程的切换。因为切换频密而且单位时间非常短暂，所以多线程可以被视作同时运行。

　　适当使用多线程能提高系统的性能，比如：在系统请求大容量的数据时使用多线程，把数据输出工作交给异步线程，使主线程保持其稳定性去处理其他问题。但需要注意一点，因为CPU需要花费不少的时间在线程的切换上，所以过多地使用多线程反而会导致性能下降。（用量要适中）

二、线程的基础知识

　　2.1 System.Threading.Thread类

System.Threadubg.Thread是用于控制线程的基础类，通过Thread可以控制当前医用程序域中线程的创建、挂起、停止、销毁。它包括以下常用公共属性：

 　　属性名称：

　　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

　　2.1.1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字，但这知识一个辅助功能。

　　2.1.2线程的优先级别

　　.NET为线程设置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

　　Lowerst： 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

　　2.1.3 线程的状态

　　通过ThreadState可以检测线程使处于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。

　　2.1.4 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

　　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（让某个线程运行结束再开始执行其他的线程）

　　Resume(): 继续运行已挂起的线程

　　Start(): 执行本线程

　　Suspend()： 挂起当前的线程，如果当前线程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

　　2.1.5 开发实例　

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread = Thread.CurrentThread;
            thread.Name = "Main Thread ,Hello!";
            string threadMessage = string.Format("Thread ID:{0}
"+"Current AppDomainId:{1}
"+
                "Current ContextId:{2}
"+"Thread Name:{3}
"+
                "Thread State:{4}
"+"Thread Priority:{5}
",thread.ManagedThreadId,Thread.GetDomainID(),Thread.CurrentContext.ContextI　　　　　　　　　　　　D,thread.Name,thread.ThreadState,thread.Priority);
            Console.WriteLine(threadMessage);
            Console.ReadKey();
           
        }
    }
}

　　运行结果：

　　

2.2 System.Threading 命名空间

　　在System.Threading命名空间内提供多少个方法来构建多线程应用程序，其中ThreadPool与Thread是多线程开发中最常用到的，在.NET中专门设定了一个CLR线程池专门用于管理线程的运行，这个CLR线程池证实通过ThreadPool类来管理。而Thread是管理线程的最直接方式，下面几节将详细介绍有关内容。

类	说明
AutoResetEvent	通知正在等待的线程已发生事件。无法继承此类。
ExecutionContext	管理当前线程的执行上下文。无法继承此类。
Interlocked	为多个线程共享的变量提供原子操作
Monitor	提供同步对对象的访问的机制
Mutex	一个同步基元，也可用于进程间同步
Thread	创建并控制线程，设置其优先级并获取其状态
ThreadAbortException	在对Abort方法进行调用时引发的异常。无法继承此类
ThreadPool	提供一个线程池，该线程也可用于发送工作项、处理异步I/O、代表其他线程等待以及处理计时器
Timeout	包含用于指定无限长的时间的常数。无法继承此类
Timer	提供以指定的时间间隔执行方法的机制。无法继承此类
WaitHandle	封装等待对共享资源的独占访问的操作系统特定的对象

　　

　　

 2.3 线程的管理方式

通过ThreadStart来创建一个新的线程是最直接的方法，但这样创建出来的线程比较难管理，如果创建过多的线程反而会让系统的性能下降。有见及此，NET为线程管理专门设置了一个CLR线程池，使用CLR线程池系统可以更合理地管理线程的使用。所有请求的服务都能运行与线程池中，当运行结束时线程便会回归到线程池。通过设置，能控制线程池的最大线程数量，在请求超出线程最大值时，线程池能按照操作的优先级基础知识就为大家介绍到这里，下面将消息介绍多线程的开发。

三、以ThreadStart方式实现多线程

3.1 使用ThreadStart委托 

这里先以一个例子体现以下多线程带来的好处，首先在Message类中建立一个方法ShowMessage(),里面显示了当前运行线程的Id,并使用Thread.Sleep(int)方法模拟部分工作。在main()中通过ThreadStart委托绑定Message对象的ShowMessage（）方法，然后通过Thread.Start()执行异步方法。

　　

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
    public class Message
    {
       public void ShowMessage1()
       {
           string message = string.Format("Async1 threadId is :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
           Console.WriteLine(message);

           for(int n = 0;n < 12;n++)
           {
               Thread.Sleep(500);
               Console.WriteLine("The number1 is:"+n.ToString());
           }
           
       }
       public void ShowMessage2()
       {
           string message = string.Format("Async2 threadId is:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
           Console.WriteLine(message);
           for (int n = 0; n < 12; n++)
           {
               Thread.Sleep(500);
               Console.WriteLine("The number2 is:" + n.ToString());
           }
          
       }
    }
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)//主线程
        {
            Console.WriteLine("Main threadId is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Message message = new Message();
            Thread thread1 = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage1));//ThreadStart：在线程上执行方法
            Thread thread2 = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage2));
            thread1.Start();//启动子线程
            thread2.Start();
            Console.WriteLine("Do something......!");
            Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
            Console.ReadKey();//为了让控制台停住而加，主线程运行到这一句停住，等待用户的输入任意键结束主线程
        }
    }
}

得到下面的运行结果

　　注意运行结果，在调用Thread.Start()方法后，系统以异步方式运行Message.ShowMessage1()和Message.ShowMessage2(),  而主线程的操作是继续执行的，在Message.ShowMessage1()和Message.ShowMessage2()完成前，主线程已经完成所有输出的操作，进入了等待用户输入的状态（主程序最后一句Console.ReadKey()的作用），如果你在两个子线程没结束之前用户按下了任意键，会发现窗口也不会停留，因为由于你的按键主线程已经提早结束了。

　　多线程的存在，让程序至少看上去不是按顺序执行，仿佛是多个程序在同时进行。

3.2 使用ParameterizedThreadStart委托

　　ParameterizedThreadStart委托与ThreadStart委托非常相似，但ParameterizedThreadStart委托是面向带参数方法的。注意ParameterizeThreadStart对应方法（放在线程里准备运行的方法）的参数为object,此参数可以为一个值对象，也可以为一个自定义对象。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
    public class Person
    {
        public string Name
        {
            get;
            set;

        }
        public int Age
        {
            get;
            set;
        }
    }
    public class Message
    {
       public void ShowMessage(object person)
       {
           if (person != null)
           {
               Person _person = (Person)person;
               string message = string.Format("
{0}'s age is {1}!
Async threadId is:{2}", _person.Name,
                   _person.Age, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
               Console.WriteLine(message);
           }
           for(int n = 0;n < 12;n++)
           {
               Thread.Sleep(500);
               Console.WriteLine("The number1 is:"+n.ToString());
           }
           
       }
    
    }
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)//主线程
        {
            Console.WriteLine("Main threadId is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Message message = new Message();
            Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(message.ShowMessage));//ThreadStart：在线程上执行方法
            Person person = new Person();
            person.Name = "Jack";
            person.Age = 21;
            thread.Start(person);//启动子线程
           
            Console.WriteLine("Do something......!");
            Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

运行结果如下

3.3 前台线程与后台线程

在以上两个例子中主线程最后一句程序是Console.ReadKey（），这样窗口可以在子线程结束后停住，如果两个例子都没有这句程序的话，可以发现系统依然会等待异步线程完成后才会结束。这是因为使用Thread.Start()启动的线程默认为前台线程，而系统必须等待所有前台线程运行结束后，应用程序域才会自动卸载。

在第二节曾将介绍过线程Thread有一个属性IsBacground，通过把此属性设置为true,就可以把线程设置为后台线程！这时应用程序域将在主线程完成时就被卸载，而不会等待异步线程的运行。

3.4 挂起线程

为了等待其他后台线程完成后再结束主线程，就可以使用Thread.Sleep()方法

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
    public class Message
    {
        public void ShowMessage()
        {
            string message = string.Format("
Async threadId is :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
            for (int n = 0; n < 10; n++)
            {
                Thread.Sleep(100);
                Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString());
            }
        }
    }
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)//主线程
        {
            Console.WriteLine("Main threadId is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Message message = new Message();
            Thread thread = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage));
            thread.IsBackground = true;
            thread.Start();

            Console.WriteLine("Do something ..........!");
            Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
            Console.WriteLine("Main thread sleep!");
            Thread.Sleep(5000);
        }

    }
}

运行结果

3.5 Suspend与Resume(慎用)

Thread.Suspend()与Thread.Resume()是在Framework1.0就已经存在的老方法了，它们分别可以挂起、恢复线程。但在Framework2.0中就已经明确排斥这两个方法。这是因为一旦某个线程占用了已有的资源，再使用Suspend()使线程长期处于挂起状态，当在其他线程调用这些资源的时候就会引起死锁！所以在没有必要的情况下应该避免使用这两个方法。

3.6 终止线程

若想终止正在运行的线程，可以使用Abort()方恢复线程的执行，可以在捕获异常后，在catch(ThreadAbortException ex){...}中调用Thread.ResetAbort()取消终止。

而使用Thread.Join()可以保证应用程序域等待异步线程结束后才终止运行。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
   
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)//主线程
        {
            Console.WriteLine("Main threadId is:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Thread thread = new Thread(new ThreadStart(AsyncThread));
            thread.IsBackground = true;
            thread.Start();
            thread.Join();//知道thread线程结束再运行别的线程
            Console.WriteLine("子线程终于运行完了，轮到我主线程啦，我的线程唯一标识号： " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.ReadKey();
        }
        static void AsyncThread()
        {
            try
            {
                string message = string.Format("
Async threaddId is:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                Console.WriteLine(message);
                for (int n = 0; n < 10; n++)
                {
                    if (n >= 4)
                    {
                        //n = 4时，终止线程
                        Thread.CurrentThread.Abort(n);

                    }
                    Thread.Sleep(500);
                    Console.WriteLine("the number is:" + n.ToString());
                }

            }
            catch (ThreadAbortException ex)
            {
                //输出终止线程时n的值
                if (ex.ExceptionState != null)
                    Console.WriteLine(string.Format("Thread abort when the number is:{0}",ex.ExceptionState.ToString()));
                //取消终止，继续执行线程
                Thread.ResetAbort();
                Console.WriteLine("Thread ResetAbort!");

            }
            //线程结束
            Console.WriteLine("Thread Close!");
        }
    }
}

运行结果