C#综合揭秘——细说多线程

//以下这个例子，就是通过Thread显示当前线程信息
static void Main(string[] args)
{
	Thread thread = Thread.CurrentThread;
	thread.Name = "Main Thread";
	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.ContextID,
		thread.Name, thread.ThreadState, thread.Priority);
	Console.WriteLine(threadMessage);
	Console.ReadKey();
}

/*
这里先以一个例子体现一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。请注意运行结果，在调用Thread.Start()方法后，系统以异步方式运行Message.ShowMessage()，而主线程的操作是继续执行的，在Message.ShowMessage()完成前，主线程已完成所有的操作。
*/

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(300);   
		  Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString()); 
	  }
  }
}

class Program
{
  static void Main(string[] args)
  {
	  Console.WriteLine("Main threadId is:"+
						Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
	  Message message=new Message();
	  Thread thread = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage));
	  thread.Start();
	  Console.WriteLine("Do something ..........!");
	  Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
	  
  }
}

/*
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ParameterizedThreadStart 对应方法的参数为object，此参数可以为一个值对象，也可以为一个自定义对象。
*/

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 < 10; n++)
		{
			Thread.Sleep(300);   
			Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString()); 
		}
	}
}

class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{     
		Console.WriteLine("Main threadId is:"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		
		Message message=new Message();
		//绑定带参数的异步方法
		Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(message.ShowMessage));
		Person person = new Person();
		person.Name = "Jack";
		person.Age = 21;
		thread.Start(person);  //启动异步线程 
		
		Console.WriteLine("Do something ..........!");
		Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
		 
	}
}

/*
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。但系统无法预知异步线程需要运行的时间，所以用通过Thread.Sleep（int）阻塞主线程并不是一个好的解决方法。有见及此，.NET专门为等待异步线程完成开发了另一个方法thread.Join()。把上面例子中的最后一行Thread.Sleep（5000）修改为 thread.Join() 就能保证主线程在异步线程thread运行结束后才会终止。
*/

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(300);
			Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString());
		}
	}
}

class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{     
		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);
	}
}

/*
若想终止正在运行的线程，可以使用Abort（）方法。在使用Abort（）的时候，将引发一个特殊异常 ThreadAbortException 。
若想在线程终止前恢复线程的执行，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。
*/

static void Main(string[] args)
{
	 Console.WriteLine("Main threadId is:" +
					   Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

	 Thread thread = new Thread(new ThreadStart(AsyncThread));
	 thread.IsBackground = true;
	 thread.Start();
	 thread.Join();

}     

//以异步方式调用
static void AsyncThread()
{
	 try
	 {
		 string message = string.Format("
Async threadId is:{0}",
			Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		 Console.WriteLine(message);

		 for (int n = 0; n < 10; n++)
		 {
			 //当n等于4时，终止线程
			 if (n >= 4)
			 {
				 Thread.CurrentThread.Abort(n);
			 }
			 Thread.Sleep(300);
			 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!");
}

/*
四、CLR线程池的工作者线程

4.1 关于CLR线程池

使用ThreadStart与ParameterizedThreadStart建立新线程非常简单，但通过此方法建立的线程难于管理，若建立过多的线程反而会影响系统的性能。
有见及此，.NET引入CLR线程池这个概念。CLR线程池并不会在CLR初始化的时候立刻建立线程，而是在应用程序要创建线程来执行任务时，线程池才初始化一个线程。线程的初始化与其他的线程一样。在完成任务以后，该线程不会自行销毁，而是以挂起的状态返回到线程池。直到应用程序再次向线程池发出请求时，线程池里挂起的线程就会再度激活执行任务。这样既节省了建立线程所造成的性能损耗，也可以让多个任务反复重用同一线程，从而在应用程序生存期内节约大量开销。

注意：通过CLR线程池所建立的线程总是默认为后台线程，优先级数为ThreadPriority.Normal。

 

4.2 工作者线程与I/O线程

CLR线程池分为工作者线程（workerThreads）与I/O线程 (completionPortThreads) 两种，工作者线程是主要用作管理CLR内部对象的运作，I/O（Input/Output) 线程顾名思义是用于与外部系统交换信息，IO线程的细节将在下一节详细说明。

通过ThreadPool.GetMax（out int workerThreads,out int completionPortThreads )和 ThreadPool.SetMax( int workerThreads, int completionPortThreads)两个方法可以分别读取和设置CLR线程池中工作者线程与I/O线程的最大线程数。在Framework2.0中最大线程默认为25*CPU数，在Framewok3.0、4.0中最大线程数默认为250*CPU数，在近年 I3,I5,I7 CPU出现后，线程池的最大值一般默认为1000、2000。
若想测试线程池中有多少的线程正在投入使用，可以通过ThreadPool.GetAvailableThreads( out int workerThreads,out int completionPortThreads ) 方法。

使用CLR线程池的工作者线程一般有两种方式，一是直接通过 ThreadPool.QueueUserWorkItem() 方法，二是通过委托，下面将逐一细说。

 

4.3 通过QueueUserWorkItem启动工作者线程

ThreadPool线程池中包含有两个静态方法可以直接启动工作者线程：
一为 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback)
二为 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object) 

先把WaitCallback委托指向一个带有Object参数的无返回值方法，再使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback) 就可以异步启动此方法，此时异步方法的参数被视为null 
*/

class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{
		//把CLR线程池的最大值设置为1000
		ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
		//显示主线程启动时线程池信息
		ThreadMessage("Start");
		//启动工作者线程
		ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AsyncCallback));
		Console.ReadKey();
	}
	
	static void AsyncCallback(object state)
	{
		Thread.Sleep(200);
		ThreadMessage("AsyncCallback");
		Console.WriteLine("Async thread do work!");
	}

	//显示线程现状
	static void ThreadMessage(string data)
	{
		string message = string.Format("{0}
  CurrentThreadId is {1}",
			 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		Console.WriteLine(message);
	}
}

/*
使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object) 方法可以把object对象作为参数传送到回调函数中。
下面例子中就是把一个string对象作为参数发送到回调函数当中。
*/

class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{
		//把线程池的最大值设置为1000
		ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
	  
		ThreadMessage("Start");
		ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AsyncCallback),"Hello Elva");
		Console.ReadKey();
	}

	static void AsyncCallback(object state)
	{
		Thread.Sleep(200);
		ThreadMessage("AsyncCallback");

		string data = (string)state;
		Console.WriteLine("Async thread do work!
"+data);
	}

	//显示线程现状
	static void ThreadMessage(string data)
	{
		string message = string.Format("{0}
  CurrentThreadId is {1}",
			 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		Console.WriteLine(message);
	}
}

/*
通过ThreadPool.QueueUserWorkItem启动工作者线程虽然是方便，但WaitCallback委托指向的必须是一个带有Object参数的无返回值方法，这无疑是一种限制。若方法需要有返回值，或者带有多个参数，这将多费周折。有见及此，.NET提供了另一种方式去建立工作者线程，那就是委托。
*/

/*
当调用Invoke（）方法时，对应此委托的所有方法都会被执行。而BeginInvoke与EndInvoke则支持委托方法的异步调用，由BeginInvoke启动的线程都属于CLR线程池中的工作者线程，在下面将详细说明。首先建立一个委托对象，通过IAsyncResult BeginInvoke(string name,AsyncCallback callback,object state) 异步调用委托方法，BeginInvoke 方法除最后的两个参数外，其它参数都是与方法参数相对应的。通过 BeginInvoke 方法将返回一个实现了 System.IAsyncResult 接口的对象，之后就可以利用EndInvoke（IAsyncResult ) 方法就可以结束异步操作，获取委托的运行结果。
*/

class Program
{
	delegate string MyDelegate(string name);

	static void Main(string[] args)
	{
		ThreadMessage("Main Thread");
		
		//建立委托
		MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
		//异步调用委托，获取计算结果
		IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
		//完成主线程其他工作
		............. 
		//等待异步方法完成，调用EndInvoke(IAsyncResult)获取运行结果
		string data=myDelegate.EndInvoke(result);
		Console.WriteLine(data);
		
		Console.ReadKey();
	}

	static string Hello(string name)
	{
		ThreadMessage("Async Thread");
		Thread.Sleep(2000);            //虚拟异步工作
		return "Hello " + name;
	}

	//显示当前线程
	static void ThreadMessage(string data)
	{
		string message = string.Format("{0}
  ThreadId is:{1}",
			   data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		Console.WriteLine(message);
	}
}

/*
善用IAsyncResult
在以上例子中可以看见，如果在使用myDelegate.BeginInvoke后立即调用myDelegate.EndInvoke，那在异步线程未完成工作以前主线程将处于阻塞状态，等到异步线程结束获取计算结果后，主线程才能继续工作，这明显无法展示出多线程的优势。此时可以好好利用IAsyncResult 提高主线程的工作性能，IAsyncResult有以下成员：
public interface IAsyncResult
{
    object AsyncState {get;}            //获取用户定义的对象，它限定或包含关于异步操作的信息。
    WailHandle AsyncWaitHandle {get;}   //获取用于等待异步操作完成的 WaitHandle。
    bool CompletedSynchronously {get;}  //获取异步操作是否同步完成的指示。
    bool IsCompleted {get;}             //获取异步操作是否已完成的指示。
}
通过轮询方式，使用IsCompleted属性判断异步操作是否完成，这样在异步操作未完成前就可以让主线程执行另外的工作。
*/

class Program
{
	delegate string MyDelegate(string name);

	static void Main(string[] args)
	{
		ThreadMessage("Main Thread");
		
		//建立委托
		MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
		//异步调用委托，获取计算结果
		IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
		//在异步线程未完成前执行其他工作
		while (!result.IsCompleted)
		{
			Thread.Sleep(200);      //虚拟操作
			Console.WriteLine("Main thead do work!");
		}
		string data=myDelegate.EndInvoke(result);
		Console.WriteLine(data);
		
		Console.ReadKey();
	}

	static string Hello(string name)
	{
		ThreadMessage("Async Thread");
		Thread.Sleep(2000);
		return "Hello " + name;
	}

	static void ThreadMessage(string data)
	{
		string message = string.Format("{0}
  ThreadId is:{1}",
			   data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		Console.WriteLine(message);
	}
}

/*
除此以外，也可以使用WailHandle完成同样的工作，WaitHandle里面包含有一个方法WaitOne（int timeout），它可以判断委托是否完成工作，在工作未完成前主线程可以继续其他工作。运行下面代码可得到与使用 IAsyncResult.IsCompleted 同样的结果，而且更简单方便 。
*/

namespace Test
{
    class Program
    {
        delegate string MyDelegate(string name);

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadMessage("Main Thread");
            
            //建立委托
            MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
 
            //异步调用委托，获取计算结果
            IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
            
            while (!result.AsyncWaitHandle.WaitOne(200))
            {
                Console.WriteLine("Main thead do work!");
            }
            string data=myDelegate.EndInvoke(result);
            Console.WriteLine(data);
            
            Console.ReadKey();
        }

        static string Hello(string name)
        {
            ThreadMessage("Async Thread");
            Thread.Sleep(2000);
            return "Hello " + name;
        }

        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}
  ThreadId is:{1}",
                   data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }
}

/*
当要监视多个运行对象的时候，使用IAsyncResult.WaitHandle.WaitOne可就派不上用场了。
幸好.NET为WaitHandle准备了另外两个静态方法：WaitAny（waitHandle[], int）与WaitAll (waitHandle[] , int)。
其中WaitAll在等待所有waitHandle完成后再返回一个bool值。
而WaitAny是等待其中一个waitHandle完成后就返回一个int，这个int是代表已完成waitHandle在waitHandle[]中的数组索引。
下面就是使用WaitAll的例子，运行结果与使用 IAsyncResult.IsCompleted 相同。
*/

class Program
{
	delegate string MyDelegate(string name);

	static void Main(string[] args)
	{
		ThreadMessage("Main Thread");
		
		//建立委托
		MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);

		//异步调用委托，获取计算结果
		IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);

		//此处可加入多个检测对象
		WaitHandle[] waitHandleList = new WaitHandle[] { result.AsyncWaitHandle,........ };
		while (!WaitHandle.WaitAll(waitHandleList,200))
		{
			Console.WriteLine("Main thead do work!");
		}
		string data=myDelegate.EndInvoke(result);
		Console.WriteLine(data);
		
		Console.ReadKey();
	}

	static string Hello(string name)
	{
		ThreadMessage("Async Thread");
		Thread.Sleep(2000);
		return "Hello " + name;
	}

	static void ThreadMessage(string data)
	{
		string message = string.Format("{0}
  ThreadId is:{1}",
			   data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		Console.WriteLine(message);
	}
}

/*
 回调函数
使用轮询方式来检测异步方法的状态非常麻烦，而且效率不高，有见及此，.NET为 IAsyncResult BeginInvoke（AsyncCallback , object）准备了一个回调函数。使用 AsyncCallback 就可以绑定一个方法作为回调函数，回调函数必须是带参数 IAsyncResult 且无返回值的方法： void AsycnCallbackMethod(IAsyncResult result) 。在BeginInvoke方法完成后，系统就会调用AsyncCallback所绑定的回调函数,最后回调函数中调用 XXX EndInvoke（IAsyncResult result) 就可以结束异步方法，它的返回值类型与委托的返回值一致。
*/

class Program
{
	delegate string MyDelegate(string name);

	static void Main(string[] args)
	{
		ThreadMessage("Main Thread");

		//建立委托
		MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
		//异步调用委托，获取计算结果
		myDelegate.BeginInvoke("Leslie", new AsyncCallback(Completed), null);
		//在启动异步线程后，主线程可以继续工作而不需要等待
		for (int n = 0; n < 6; n++)
			Console.WriteLine("  Main thread do work!");
		Console.WriteLine("");

		Console.ReadKey();
	}

	static string Hello(string name)
	{
		ThreadMessage("Async Thread");
		Thread.Sleep(2000);             \模拟异步操作
		return "
Hello " + name;
	}

	static void Completed(IAsyncResult result)
	{
		ThreadMessage("Async Completed");

		//获取委托对象，调用EndInvoke方法获取运行结果
		AsyncResult _result = (AsyncResult)result;
		MyDelegate myDelegate = (MyDelegate)_result.AsyncDelegate;
		string data = myDelegate.EndInvoke(_result);
		Console.WriteLine(data);
	}

	static void ThreadMessage(string data)
	{
		string message = string.Format("{0}
  ThreadId is:{1}",
			   data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		Console.WriteLine(message);
	}
}

/*
可以看到，主线在调用BeginInvoke方法可以继续执行其他命令，而无需再等待了，这无疑比使用轮询方式判断异步方法是否完成更有优势。
在异步方法执行完成后将会调用AsyncCallback所绑定的回调函数，注意一点，回调函数依然是在异步线程中执行，这样就不会影响主线程的运行，这也使用回调函数最值得青昧的地方。
在回调函数中有一个既定的参数IAsyncResult,把IAsyncResult强制转换为AsyncResult后，就可以通过 AsyncResult.AsyncDelegate 获取原委托，再使用EndInvoke方法获取计算结果。
运行结果如下：
*/

/*
如果想为回调函数传送一些外部信息，就可以利用BeginInvoke(AsyncCallback,object)的最后一个参数object,它允许外部向回调函数输入任何类型的参数。只需要在回调函数中利用 AsyncResult.AsyncState 就可以获取object对象。
*/

class Program
{
	public class Person
	{
		public string Name;
		public int Age;
	}

	delegate string MyDelegate(string name);

	static void Main(string[] args)
	{
		ThreadMessage("Main Thread");

		//建立委托
		MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
		
		//建立Person对象
		Person person = new Person();
		person.Name = "Elva";
		person.Age = 27;
		
		//异步调用委托，输入参数对象person, 获取计算结果
		myDelegate.BeginInvoke("Leslie", new AsyncCallback(Completed), person);            
	  
		//在启动异步线程后，主线程可以继续工作而不需要等待
		for (int n = 0; n < 6; n++)
			Console.WriteLine("  Main thread do work!");
		Console.WriteLine("");

		Console.ReadKey();
	}

	static string Hello(string name)
	{
		ThreadMessage("Async Thread");
		Thread.Sleep(2000);
		return "
Hello " + name;
	}

	static void Completed(IAsyncResult result)
	{
		ThreadMessage("Async Completed");

		//获取委托对象，调用EndInvoke方法获取运行结果
		AsyncResult _result = (AsyncResult)result;
		MyDelegate myDelegate = (MyDelegate)_result.AsyncDelegate;
		string data = myDelegate.EndInvoke(_result);
		//获取Person对象
		Person person = (Person)result.AsyncState;
		string message = person.Name + "'s age is " + person.Age.ToString();

		Console.WriteLine(data+"
"+message);
	}

	static void ThreadMessage(string data)
	{
		string message = string.Format("{0}
  ThreadId is:{1}",
			   data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		Console.WriteLine(message);
	}
}