C# 線程與任務

線程

線程：對於所有需要等待的操作，例如移動文件，數據庫和網絡訪問都需要一定的時間，此時就可以啟動一個新的線程，同時完成其他任務。一個進程的多個線程可以同時運行在不同的CPU上或多核CPU的不同內核上。

一個應用程序啟動時，會啟動一個進程（應用程序的載體），然后進程會啟動多個線程。

一，使用Thread類啟動線程和數據傳輸

使用Thread類可以創建和控制線程，Thread構造函數是一個無參無返回值的委托類型。

1️⃣對Thread傳入一個無參無返回類型的方法-ThreadStart。

    public delegate void ThreadStart();

實例：

        static  void test()
        {
            Console.WriteLine("test is start");
            Console.WriteLine("test is running");
            Thread.Sleep(3000);
            Console.WriteLine("test is completed");
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            Thread th = new Thread(test);
            th.Start();
            Console.WriteLine("main is completed");
        }

2️⃣對Thread傳入一個匿名方法（或lambda表達式）。用於傳入的方法代碼簡單的情況

        static void Main(string[] args)
        {
            //lambad表達式
            Thread th = new Thread(()=> {
                Console.WriteLine("子線程1-ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            });
            th.Start();
            //匿名方法
            Thread th2 = new Thread(delegate ()
            {
                Console.WriteLine("子線程2-ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            });
            th2.Start();
            Console.WriteLine("main is completed");
        }

 

 3️⃣對Thread傳入一個無返回值有參方法-ParameterizedThreadStart，該參數只能是object類型且只能有一個參數。

    public delegate void ParameterizedThreadStart(object? obj);

 實例:

        static void download(object o)
        {
            string str = o as string;
            Console.WriteLine("地址：" + str);
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            Thread th = new Thread(download);
            th.Start("http://baidu.com");
            Console.WriteLine("main is completed");
        }

 注意：使用as進行強制類型轉換 成功會正確輸出，失敗會輸出null。

以上數據傳輸的方法都是基於靜態變量進行傳輸的，但是定義過多靜態變量會導致多個線程訪問同一個靜態變量，造成資源沖突。

靜態變量雖然方便訪問，但是靜態的一般都是公共的，容易混亂。

4️⃣對Thread傳入一個無返回值多個參數的方法（定義一個結構體），但是不能用as強制轉換。

        public struct data
        {
            public string message;
            public int age;
        }
        static void download(object o)
        {
            data str = (data)o;//強制類型轉換
            Console.WriteLine("信息：" + str.message);
            Console.WriteLine("年紀：" + str.age);
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            data da = new data();
            da.message = "sss";
            da.age = 3;
            Thread th = new Thread(download);
            th.Start(da);
            Console.WriteLine("main is completed");
        }

由於結構體是值類型，不能為null，因此不能用as進行強制類型轉換。

 5️⃣通過自定義類傳遞數據（即將通過線程調用一個類的成員方法）

先創建一個download類：

    class downLoad
    {
        public string URL { get; private set; }
        public string Message { get; private set; }
        //構造函數
        public downLoad(string uRL, string message)
        {
            URL = uRL;
            Message = message;
        }
        //下載方法
        public void  load()
        {
            Console.WriteLine("從" + URL + "獲取信息：" + Message);
        }
    }

在主程序中將該類的成員方法傳入Thread中：

   static void Main(string[] args)
        {
            var download = new downLoad("www.baidu.com", "mp4");
            Thread th = new Thread(download.load);
            th.Start();
            Console.WriteLine("main is completed");
            Console.ReadKey();
        }

🧡知識點拓展1-前台線程與后台線程：

應用程序的進程需要等待所有前台線程完成其任務后才會結束。而后台線程在應用程序關閉后會自動關閉，即使后台線程還沒有執行完畢。在默認情況下，用Thread類創建的線程是前台線程，線程池中的線程是后台線程。在Thread類創建線程的時候，可以設置IsBackground屬性，表示它是否是一個后台線程。

💛知識點拓展2-線程的優先級

線程有操作系統調度，一個CPU同一時間只能做一件事（運行一個線程中的計算任務），當有很多線程需要CPU執行時，線程調度器會根據線程的優先級去判斷先去執行哪個線程，如果優先級相同，就使用一個循環調度規則，逐個執行每個線程。

在Thread類中，可以設置Priority屬性，以影響線程的基本優先級，Priority屬性一個ThreadPriority枚舉定義的一個值，定義級別有Highest，AboveNormal，Normal，BelowNormal，和Lowest。

因此對於重要的線程任務，可以將線程優先級設置高一點，使其可以盡快執行完畢。

如果需要等待線程執行結果在執行后面的代碼，可以調用Thread對象的join方法，即將該線程加入進來，並停止當前線程，直至加入的線程執行完畢。

二，線程池ThreadPool類

由於線程的創建需要時間，如果有不同的小任務要完成，就可以事先創建多個線程。系統有一個ThreadPool類來管理線程，這個類會在需要線程的時候增加線程數，不需要時候減少。池中最大線程數是可配置的。在雙核CPU中，默認設置為1023個工作線程和1000個IO線程，如果需要更多線程（超過了線程池的最大數量），最新的任務就需要排隊等待。

使用線程池，即調用ThreadPool.QueueUserWorkItem方法，該方法需要傳入一個WaitCallBack類型的委托（即傳入帶一個object參數的方法）。然后ThreadPool會在池中找一個空閑的線程去執行傳入的方法。

        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(work);              
            }
            Thread.Sleep(10000);
        }
        static void work(object state)
        {
            Console.WriteLine("線程id" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        }

 需要注意的是：

• 線程池中所有線程都是后台線程，如果進程中所有的前台線程都結束了，所有的后台線程也會跟着結束。不能把入池的后台線程改為前台線程。
• 不能給入池的線程設置優先級或名稱。
• 入池的線程只能是用於時間較短的任務。如果線程要一直運行，就應用Thread類創建一個線程。

---

 任務

任務表示應完成某個單元的工作，這個工作可以在單獨的線程中運行，也可以同步方式啟動一個任務。任務在后台使用ThreadPool進行管理的，也就是說任務啟動的也是后台線程。

一，創建並啟動任務

 啟動任務的兩種方式：

        static void Main(string[] args)
        {
            //第一種:使用TaskFactory
            TaskFactory tf = new TaskFactory();
            tf.StartNew(work);
            //第二種：使用Task
            Task t = new Task(work);
            t.Start();
            Console.WriteLine("main is completed");
        }
        static void work()
        {
            Console.WriteLine("線程id" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        }

 需要注意的是：使用TaskFactory創建任務，傳入的方法為無參的。

二，連續任務

 如果一個任務t1的執行是依賴於另一個任務t2，那么就需要在t2執行完畢后才開始執行t1。（例如：迅雷下載完成后彈出界面提示）這時候我們可以使用連續任務ContinueWith。

        static void Main(string[] args)
        {
            Task t1 = new Task(download);
            Task t2 = t1.ContinueWith(show);
            t1.Start();
            Thread.Sleep(2000);
        }
        static void download()
        {
            Console.WriteLine("正在下載中。。。。");
            Thread.Sleep(1000);
        }
        static void show(Task t)
        {
            Console.WriteLine("下載完成！");
        }

  需要注意的是：傳入t2的方法的參數需為Task類型。

 三，資源沖突問題

 在多線程中如果多個線程同時訪問同一資源，就會產生資源沖突的問題。這時候需要用lock對程序進行加鎖。

💛什么是資源沖突？

    class state
    {
        public int num = 5;
        public void checknum()
        {
            if (num==5)
            {
                num++;
                Console.WriteLine("num的值：" + num + "當前線程id：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 
            }
            num =5;
        }
    }

  static void Main(string[] args)
        {
            state st = new state();
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Thread th = new Thread(st.checknum);
                th.Start();
            }
        }

在主程序使用多線程調用state類的check方法，可以看到num=5和num=6造成資源沖突了。

 🧡對多個線程訪問的對象進行加鎖

        object _lock = new object(); public int num = 5;
        public void checknum()
        {
            lock(_lock)
            {
            if (num==5)
            {
                num++;
                Console.WriteLine("num的值：" + num + "當前線程id：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 
            }
            num =5;
            }
        }