C#多线程基础 C#多线程开发实战记录之线程基础

前言

最近由于工作的需要，一直在使用C#的多线程进行开发，其中也遇到了很多问题，但也都解决了。后来发觉自己对于线程的知识和运用不是很熟悉，所以将利用几篇文章来系统性的学习汇总下C#中的多线程开发。

线程基础

“进程是操作系统分配资源的最小单元，线程是操作系统调度的最小单元” 这句话应该学习计算机的朋友或多或少都听说过，这在操作系统这门课中是很重要的一个概念。

在操作系统中可以同时运行很多个应用程序，那么你知道计算机是如何分配和调度这些应用程序去使用CPU进行工作的吗？

这里面就牵扯到了进程、线程的概念，也就是我们接下来要学习的内容。

一个应用程序会有很多个线程，但是只能有一个进程。也就是说一个进程中可以有很多个线程。那么这是为什么呢？以前计算机只有一个计算模块，每次只能单一的执行一个计算单元，不能同时执行多个计算任务。现在随着科技的发展，有了多核CPU，可以一次性执行多个应用程序，这样就实现了多任务。操作系统为了不让一个应用程序独占CPU，导致其余程序挂起等待，不得不设计出一种将物理计算单元分割为一些虚拟的进程，并给予每个执行程序一定量的计算能力。此外，操作系统必须始终能够优先访问CPU，并能调整不同程序访问CPU的优先级(说白了就是典型的以空间换时间)。

线程正是这一概念的实现，可以认为线程是一个虚拟的进程，用于独立运行一个特定的程序。

大量使用线程会消耗大量的OS资源

那么为什么需要使用线程呢！其实就是为了在相同的时间内，让操作系统或CPU干更多的活，那么在C#中线程应该如何使用或者说在什么场景下使用呢！

在C#中关于线程的使用，大多数时候是在当程序需要处理大量繁琐、占用资源多、花费大量时间的任务时进行应用，比如访问数据库，视频显示，文件IO操作、网络传输等。

线程在应用程序中可以进行如何操作：1、创建线程；2、暂停线程；3、线程等待；4、终止线程。

1、创建线程

通过声明并实例化Thread就可以创建线程，它接收方法作为参数。使用Thread.Start()就可以开启子线程，让其去执行方法中的内容。

        static void Main(string[] args)
        {            
            //新创建的线程中输出
            Thread oneThread = new Thread(PrintNumber);
            oneThread.Start();

            //主线程中输出
            PrintNumber();
            Console.ReadKey();
        }

        static void PrintNumber() 
        {
            Console.WriteLine("开始......");
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine(i);
            }
        }

可以看到当我们在子线程和主线程中同时输出PrintNumber()中的内容时，它是乱的随机交叉输出的。

2、暂停线程

暂停线程故名思意就是让线程暂停，不让其占用CPU资源，在一直等待，啥时候取消暂停就恢复运行。在C#中暂停就是让这个线程进入睡眠状态，让其休眠，不让其占用系统资源就可以了。

  Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));    //睡眠2s

3、线程等待

线程等待就是多个线程在处理某个任务时，某个线程必须等待前一个线程处理所有数据后才可以进行执行，在这个期间，这个线程是阻塞状态的。只有前一个线程完事了，他才可以再继续执行。

        static void Main(string[] args)
        {            
            //新创建的线程中输出
            Thread oneThread = new Thread(PrintNumber);
            oneThread.Start();
            oneThread.Join();

            //主线程中输出
            PrintNumber();
            Console.ReadKey();
        }

也就是说上面的程序主线程必须得等oneThread线程执行完PrintNumber方法后，它才可以执行。

4、线程终止

就是线程在执行过程中，利用某些操作（Thread.Abort()）可以使其线程立即退出，不进行工作了。

        static void Main(string[] args)
        {            
            //新创建的线程中输出
            Thread oneThread = new Thread(PrintNumber);
            oneThread.Start();

            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(6));
            oneThread.Abort();

            //主线程中输出
            PrintNumber();
            Console.ReadKey();
        }

上面的程序可以看到，当主程序再等待6s后，立即将oneThread线程终止掉。

其实Abort()方法是给线程注入了ThreadAbortException方法，导致线程被终结，这其实很危险，因为该线程可能正在处理某些重要的数据，比如接收传输数据等，这样子就传递摧毁了程序，数据也就丢失了。还有就是这个方法不能保证100%终止线程。有时候有些异常会被吃掉，我们可以利用某些关键变量在子线程中进行控制，从而取消线程的执行就可以。

在实际编码使用线程的过程中，可以通过oneThread.ThreadState来获取目前线程的状态。有时候我们也可以手动的设置线程的优先级，设置为最高的则提前执行，但是这个只是针对于单核CPU时，目前市面上基本都是多核的了，这种使用场景也就很少了。

一般我们创建的线程都是属于前台线程，通过手动设置ontThread对象的IsBackground属性为true时才会为后台线程。通常前台线程会比后台线程提前执行完。当前台线程执行完成后，程序结束并且后台线程被终结。进程会等待所有的前台线程完成后再结束工作，但是如果只剩下后台线程，进程会直接结束工作。

C#中的lock关键字

某一个资源当被多个线程同时访问时，可能这个资源的某些值对于各个线程来说会出问题。如果在某一时刻，一个线程是使其递增，一个线程是递减，会导致其值不唯一，各个线程拿到的值不对。这种情况就是所谓的竞争条件，竞争条件是多线程环境中非常常见的导致错误的原因。

    class PepoleCount 
    {
        int count = 0;
        public void AddCount() 
        {
            ++count;            
        }
        public void DeleteCount() 
        {
            --count;
        }    
    }

比如是上面的程序，当两个线程同时访问这个PepoleCount类时，会导致count变量出现竞争条件。就是每个线程可能拿到的数值不是最新的。那么如何办呢，此时就需要使用到lock机制，也就是加锁。目的是为了当一个线程访问某个资源时，其余线程如果在访问时，必须等待当前访问完事后，它才可以访问。保证了数据的有效性。

lock关键字是如果锁定了一个对象，需要访问该对象的所有其他线程则会处于阻塞状态，并等待知道该对象解除锁定才可以访问。

    class PepoleCount 
    {
        private readonly object _syncRoot = new object();
        int count = 0;
        public void AddCount() 
        {
            lock(_syncRoot)
            {
                ++count;            
            }            
        }
        public void DeleteCount() 
        {
            lock(_syncRoot)
            {
            --count;
            }
        }    
    }

关于加锁这块还是有很多讲究的，不是说每一个方法，每一个变量都需要进行加锁，如果频繁的加锁会导致其余线程处于阻塞状态，那么也会导致应用程序出现严重的性能问题。

总结