C# 多线程详解 Part.01（UI 线程、子线程）

基本概念

什么是进程？
       当一个程序开始运行时，它就是一个进程，进程包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。一个进程至少有一个主线程。

什么是线程？
       线程是程序中的一个执行流，每个线程都有自己的专有寄存器(栈指针、程序计数器等)，但代码区是共享的，即不同的线程可以执行同样的函数。

什么是多线程？
       多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

多线程的好处？
       可以提高 CPU 的利用率。在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU 可以运行其它的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。

多线程的不利方面？
       线程也是程序，所以线程需要占用内存，线程越多占用内存也越多。
       多线程需要协调和管理，所以 CPU 需要花时间来跟踪线程。
       线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题。
       线程太多会导致控制太复杂，最终可能造成很多 Bug。

static void Main(string[] args)
{
    Thread.CurrentThread.Name = "It's Main Thread";
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + " [Status:" + Thread.CurrentThread.ThreadState + "]");
}

       通过 Thread 类的静态属性 CurrentThread 可以获取当前正在执行的线程。不管创建了多少个这个类的实例，但是类的静态属性在内存中只有一个。很容易理解 CurrentThread 为什么是静态的--虽然有多个线程同时存在，但是在某一个时刻，CPU 只能执行其中一个!
       在.net framework class library 中，所有与多线程机制应用相关的类都是放在 System.Threading 命名空间中。

Thread 类有几个至关重要的方法：

Start()	启动线程
Sleep(int)	静态方法，暂停当前线程指定的毫秒数
Abort()	通常使用该方法来终止一个线程
Suspend()	该方法并不终止未完成的线程，它仅仅挂起线程，以后还可恢复
Resume()	恢复被 Suspend()方法挂起的线程的执行

 

操纵一个线程

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Thread Start/Stop/Join Sample：");

    // 创建一个线程，使之执行 Beta 方法
    Thread oThread = new Thread(Beta);

    // 实际上，Start 方法只是通知 CPU 此线程可以被执行，但具体执行时机则由 CPU 自行决定。
    oThread.Start();
    while (!oThread.IsAlive)
    {
        Thread.Sleep(1);
    }

    oThread.Abort();
    oThread.Join();
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine("Beta has finished");
    try
    {
        Console.WriteLine("Try to restart the Alpha.Beta thread");
        oThread.Start();
    }
    catch (ThreadStateException)
    {
        Console.WriteLine("ThreadStateException trying to restart Alpha.Beta. ");
        Console.WriteLine("Expected since aborted threads cannot be restarted.");
        Console.ReadLine();
    }
}

public static void Beta()
{
    while (true)
    {
        Console.WriteLine("Beta is running in its own thread.");
    }
}

       试图用 Thread.Start() 方法重新启动线程 oThread，但显然 Abort() 方法带来的后果是不可恢复的终止线程，所以最后程序会抛出 ThreadStateException 异常。

 

       线程的优先级

       当线程之间争夺 CPU 时，CPU 按照线程的优先级给予服务。在 C# 应用程序中，用户可以设定 5 个不同的优先级，由高到低分别是 Highest，AboveNormal，Normal，BelowNormal，Lowest，在创建线程时如果不指定优先级，那么系统默认为 ThreadPriority.Normal。
       通过设定线程的优先级，我们可以安排一些相对重要的线程优先执行，例如对用户的响应等等。

static void Main(string[] args)
{
    Thread t1 = new Thread(() =>
    {
        System.Diagnostics.Stopwatch watch = new System.Diagnostics.Stopwatch();
        watch.Start();
        for (int i = 0; i < 20000; i++)
        {
            // 模拟耗时工作
            var obj = new { name = "XXX", age = 37 };
            GC.Collect();
        }
        watch.Stop();
        Console.WriteLine("t1 finished[ {0} ]", watch.ElapsedMilliseconds);
    });

    Thread t2 = new Thread(() =>
    {
        System.Diagnostics.Stopwatch watch = new System.Diagnostics.Stopwatch();
        watch.Start();
        for (int i = 0; i < 20000; i++)
        {
            var obj = new { name = "XXX", age = 37 };
            GC.Collect();
        }
        watch.Stop();
        Console.WriteLine("t2 finished[ {0} ]", watch.ElapsedMilliseconds);
    });
    t1.Priority = ThreadPriority.AboveNormal;
    t2.Priority = ThreadPriority.BelowNormal;
    t1.Start();
    t2.Start();
}

       线程的调度算法非常复杂。记住，优先级高的线程并不一定先执行，但 CPU 会将更多的时间片分给优先级高的线程，因此，在相同任务量的前提下，高优先级线程将会较快的完成任务。

 

 

Winform 中多线程的应用

       在 Winform 程序总，一般称绘制窗体和响应用户的线程为主线程，或 UI 线程。单线程最显著的缺点是，当一个事件发生，程序进行一个耗时的运算动作时，UI 线程会出现假死现象，此时会无视对用户的响应。

       下面的代码会模拟一些不同的情况：

void DoSomething()
{
    for (int i = 0; i < 900000000; i++)
    {

    }
    MessageBox.Show("It's finished.");
}

void ShowStr(object obj)
{
    var list = obj as List<string>;
    if (list != null)
    {
        foreach (var item in list)
        {
            MessageBox.Show(item.ToString());
        }
    }
    else
        MessageBox.Show("null");
}

// UI 单线程，运行时窗体会卡死一段时间
private void btnUI_Click(object sender, EventArgs e)
{
    DoSomething();
}

// 调用无參函数，此时窗体能响应用户
private void btnThreadA_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Thread thread = new Thread(DoSomething);
    thread.Start();
}

// 当所有前台线程都关闭时，后台线程将立即结束运行，无条件的关闭
// 而前台线程运行时，即使关闭 Form 主程序，该线程仍将继续运行，直到计算完毕
private void btnThreadB_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Thread thread = new Thread(DoSomething);
    thread.IsBackground = true;
    thread.Start();
}

// 调用有参函数
private void btnThreadC_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Thread thread = new Thread(ShowStr);
    thread.Start(new List<string> { "Jacky", "Skysoot", "Sam" });
}

       要注意的是，线程在调用有参函数时，通过 Start() 方法传递了参数给指定委托，该委托又将参数传递给了该线程欲运行的函数。看微软 Thread 类定义的元数据：

 

       Thread 类的 4 个构造函数基本分为 2 类，有参和无參。而 ParameterizedThreadStart 委托定义的方法原型的参数为 Object 类型，这提高了传参最大的灵活性。当然，在被调用的函数内部，需要依据一定的约定将 Object 对象进行转型处理。

 

 

绕圈子封装一个线程类进行函数和参数的传递

// 可定义各类型委托 示例暂定一个
public delegate void Do(object obj);

public class Worker
{
    Do method;
    object obj;

    private void Work()
    {
        method(obj);
    }

    // 创建工人线程时 new 出工人实例 并在线程上指定 Work()
    public static Thread CreateWorkerThread(Do method, object obj)
    {
        Worker worker = new Worker();
        worker.method = method;
        worker.obj = obj;
        Thread t = new Thread(worker.Work);
        return t;
    }
}

// 任务类
public class Quest
{
    public static void Quest1(object obj)
    {
        Console.WriteLine("工人开始：" + obj.ToString() + "\r\n");
    }

    public static void Quest2(object obj)
    {
        string[] list = obj as string[];
        if (obj != null)
        {
            foreach (var item in list)
            {
                Console.WriteLine("工人开始：" + item);
            }
        }
    }
}

public class Test
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        Thread t1 = Worker.CreateWorkerThread(Quest.Quest1, "搬砖");
        t1.Start();
        Thread t2 = Worker.CreateWorkerThread(Quest.Quest2, new string[] {"唱歌", "跳舞", "打台球" });
        t2.Start();
    }
}

       这种封装只是一种启发的方式而已，并非模式。但封装委托后的好处在于，调用方可以灵活指定 Worker 类执行什么类型的任务，加工什么参数，而无需再去考虑其余事情。