[.net 面向對象程序設計進階] (16) 多線程(Multithreading)(一) 利用多線程提高程序性能（上）

[.net 面向對象程序設計進階] (16) 多線程(Multithreading)(一) 利用多線程提高程序性能（上）

本節導讀：

隨着硬件和網絡的高速發展，為多線程(Multithreading)處理並行任務，提供了有利條件。

其實我們每時每刻都在享受多線程帶來的便利，多核處理器多線程工作、Windows操作系統、Web服務器都在使用多線程工作。

使用多線程直接提高了程序的執行效率，因此學習多線程對提高程序運行能力非常必要，本節主要介紹多線程原理及.NET中多線程在.NET面向對象程序設計中的應用。 

讀前必備： 

本節需要了解Lambda表達式基礎及匿名方法和匿名委托相關知識； 

A.  委托                    [.net 面向對象編程基礎] (20)  委托 

B.  Lamda表達式    [.net 面向對象程序設計進階] (5) Lamda表達式(一)  創建委托  

1. 關於多線程

在介紹多線程之前，先了解一下進程。

進程：獨立運行的程序稱為進程。（比如Windows系統后台程序，也可以稱為后台進程）

線程：對於同一個程序分為多個執行流，稱為線程。

多線程：使用多個線程進行多任務處理，稱為多線程。

2. 如何合理使用多線程？

A.對於用戶等待程序處理時，可以使用多線程處理耗時任務；

B.對於一些不需要即時完成的任務，可以使用后台任務線程處理；

C.對於多並發任務，可以使用多線程同時處理；

D.對於通訊類，比如對線程阻塞，可以使用多線程。

除過上面的幾個常用的情況，還有很多情況下可以使用多線程。

3. 多線程的缺點
線程自然也有缺點，以下列出了一些：
A.如果有大量的線程，會影響性能，因為操作系統需要在他們之間切換；
B.更多的線程需要更多的內存空間；
C.線程會給程序帶來更多的bug，因此要小心使用，比如：線程任務在執行完成后，要及時釋放內存；
D.線程的中止需要考慮其對程序運行的影響。

4. .NET中的兩種多線程

.NET本身就是一個多線程的的環境。

在.NET中有兩種多線程的：

一種是使用Thread類進行線程的創建、啟動，終止等操作。

一種是使用ThreadPool類用於管理線程池.

5 .NET中使用Thread進行多線程處理

5.1 Thread類常用方法

.NET基礎類庫的System.Threading命名空間提供了大量的類和接口支持多線程。System.Threading.Thread類是創建並控制線程，設置其優先級並獲取其狀態最為常用的類。

下面是該類幾個至關重要的方法：
Thread.Start（）：啟動線程的執行；
Thread.Suspend（）：掛起線程，或者如果線程已掛起，則不起作用；
Thread.Resume（）：繼續已掛起的線程；
Thread.Interrupt（）：中止處於Wait或者Sleep或者Join線程狀態的線程；
Thread.Join（）：阻塞調用線程，直到某個線程終止時為止
Thread.Sleep（）：將當前線程阻塞指定的毫秒數；
Thread.Abort（）：以開始終止此線程的過程。如果線程已經在終止，則不能通過Thread.Start（）來啟動線程。

下面是一個簡單的線程示例： 

先創建一個方法:

//簡單線程方法
static void MyThreadStart()
{
    Console.WriteLine("我是一個簡單線程");
}

創建線程調用方法：

//簡單的線程
Thread myThread = new Thread(MyThreadStart);
myThread.Start();

運行結果如下：

5.2 Thread類常用屬性

Thread的屬性有很多，我們先看最常用的幾個:

CurrentThread :用於獲取當前線程; 

ThreadState 當前線程的狀態（5.4介紹）；

Name：獲取或設置線程名稱；

Priority：獲取或設置線程的優先級（5.5介紹）

ManagedThreadId：獲取當前線程的唯一標識

IsBackground:獲取或設置線程是前台線程還是后台線程（5.6介紹）

IsThreadPoolThread:獲取當前線程是否是托管線程池(后面章節會介紹)

下面創建一個線程示例，來說明這幾個屬性： 

Thread myThreadTest = new Thread(() =>
{
    Thread.Sleep(1000);
    Thread t = Thread.CurrentThread;
    Console.WriteLine("Name: " + t.Name);
    Console.WriteLine("ManagedThreadId: " + t.ManagedThreadId);
    Console.WriteLine("State: " + t.ThreadState);
    Console.WriteLine("Priority: " + t.Priority);
    Console.WriteLine("IsBackground: " + t.IsBackground);
    Console.WriteLine("IsThreadPoolThread: " + t.IsThreadPoolThread);
})
{
    Name = "線程測試",
    Priority = ThreadPriority.Highest
};
myThreadTest.Start();
Console.WriteLine("關聯進程的運行的線程數量："+System.Diagnostics.Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);

運行結果如下：

  

5.3 帶參數的線程方法 

首先我們使用Lambda表達式來改寫前面“簡單線程”中無參數的方法，如下： 

//線程一
new Thread(()=>{
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        Console.WriteLine("我的線程一-[{0}]", i);
}).Start();

 運行結果如下：

上面示例創建的線程並沒有帶參數，如果是一個有參數的方法，線程該如何創建？

別擔心，.NET為我們提供了一個ParameterizedThreadStart委托來解決帶一個參數的問題，如下：

//線程二
new Thread((num) =>{
    for (int i = 0; i < (int)num; i++)
        Console.WriteLine("我的線程二--[{0}]", i);
}).Start(5);

運行結果如下：

那么問題來了，ParameterizedThreadStart委托只有一個包含數據的參數，對於多個參數呢？我們可以使用一個無參數的方法來包裝它，如下：

先創建一個帶參數的方法：

static void myThreadStart(int numA, int numB)
{
    for (int i = (int)numA; i < (int)numB; i++)
        Console.WriteLine("我的線程三---[{0}]", i);
}

然后通過無參數的委托來包裝它，如下：

//線程三
new Thread(() =>myThreadStart(0,5)).Start();

運行結果如下：

 

5.4  Thread狀態

我們對於線程啟動以后，如何進行掛起和終止、重新啟用，首先線程在運行后有一個狀態。

System.Threading.Thread.ThreadState屬性定義了執行時線程的狀態。線程從創建到線程終止，它一定處於其中某一個狀態。

A.Unstarted：當線程被創建時，它處在Unstarted狀態。

B.Running：Thread類的Start() 方法將使線程狀態變為Running狀態，線程將一直處於這樣的狀態，除非我們調用了相應的方法使其掛起、阻塞、銷毀或者自然終止。

C.Suspended：如果線程被掛起，它將處於Suspended狀態。

D.Running：我們調用resume（）方法使其重新執行，這時候線程將重新變為Running狀態。一

E.Stopped：旦線程被銷毀或者終止，線程處於Stopped狀態。處於這個狀態的線程將不復存在，正如線程開始啟動，線程將不可能回到Unstarted狀態。

F.Background：線程還有一個Background狀態，它表明線程運行在前台還是后台。在一個確定的時間，線程可能處於多個狀態。

G.WaitSleepJoin、AbortRequested：舉例子來說，一個線程被調用了Sleep而處於阻塞，而接着另外一個線程調用Abort方法於這個阻塞的線程，這時候線程將同時處於WaitSleepJoin和AbortRequested狀態。

H.一旦線程響應轉為Sle阻塞或者中止，當銷毀時會拋出ThreadAbortException異常。

ThreadState枚舉的10種執行狀態如下：

 

對於線程阻塞和同步問題，將在下一節繼續介紹。

5.5. 線程優先級

對於多線程任務，我們可以根據其重要性和運行所需要的資源情況，設置他的優先級
 System.Threading.ThreadPriority枚舉了線程的優先級別，從而決定了線程能夠得到多少CPU時間。

高優先級的線程通常會比一般優先級的線程得到更多的CPU時間，如果不止一個高優先級的線程，操作系統將在這些線程之間循環分配CPU時間。

低優先級的線程得到的CPU時間相對較少，當這里沒有高優先級的線程，操作系統將挑選下一個低優先級的線程執行。

一旦低優先級的線程在執行時遇到了高優先級的線程，它將讓出CPU給高優先級的線程。

新創建的線程優先級為一般優先級，我們可以設置線程的優先級別的值，如下面所示： 

對於線程的優先級我們下面做一個實驗，開啟兩個線程（一個設置高優先級，另一個設置低優先級）。

分別委托兩個方法進行累加，看一下最終結果，代碼如下：

int numberA = 0, numberB = 0;
bool state = true;
new Thread(() => { while (state)numberA++; }) { Priority = ThreadPriority.Highest, Name="線程A" }.Start();
new Thread(() => { while (state)numberB++; }) { Priority = ThreadPriority.Lowest , Name="線程B" }.Start();
//讓主線程掛件1秒
Thread.Sleep(1000);
state = false;
Console.WriteLine("線程A: {0}, 線程B: {1}", numberA, numberB);

運行結果如下：

.NET根據優先級分配了資源，可以看到優先級較高的線程執行的機會較大，但優先級小的線程仍然有較多的機會執行。

5.6  前台線程和后台線程

線程有兩種，默認情況下為前台線程，要想設置為后台線程也非常容易，只需要加一個屬性:thread.IsBackground = true;就可以變為一個后台線程了。

重點來了，前后台線程的區別：

A.前台線程：應用程序必須執行完所有的前台線程才能退出；

B.后台線程：應用程序不必考慮其是否全部完成，可以直接退出。應用程序退出時，自動終止后台線程。

下面我們使用一個輸出從0到1000的數字，來實驗一下前台線程和后台線程的區別： 

Thread myThread = new Thread(() =>{for (int i = 0; i < 1000; i++)Console.WriteLine(i);});         

var key = Console.ReadLine();
if (key == "1")
{
    myThread.IsBackground = true;
    myThread.Start();
}
else
{
    myThread.IsBackground = false;
    myThread.Start();
}

當我們在控制台等級輸入的時候，

如果輸入1（后台線程），線程會很快關閉，並不會等輸出完1000個數字再關閉；

如果輸入其它，回車后，則線程會等1000個數字輸出完后，窗口關閉；

6. 本節要點：

A.本節主要介紹了線程的基本知識；

B.Thread常用的屬性、方法; 

C.Thread委托的方法有多個參數的用法；

D.Thread的優先級；

E.Thread的執行狀態；

F.前台線程和后台線程；

后面會繼續深入介紹利用線程提高程序性能。

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