【C#】多线程总结
学习多线程编程有一段时间了，这里对要点和用法做一下总结，这里侧重用法，基本概念就略过了
1、简单回顾：
进程与线程：进程作为操作系统执行程序的基本单位，拥有应用程序的资源，进程包含线程，进程的资源被线程共享，线程不拥有资源
前台线程和后台线程：当所有前台线程关闭时，后台线程也会随着被关闭
挂起（Suspend）和唤醒（Resume）：由于线程的执行顺序和程序的执行情况不可预知，所以使用挂起和唤醒容易发生死锁的情况，在实际应用中应该尽量少用
终止线程 Abort：抛出 ThreadAbortException 异常让线程终止，终止后的线程不可唤醒
Interrupt：抛出 ThreadInterruptException 异常让线程终止，通过捕获异常可以继续执行
2、线程的使用
1、线程函数通过委托传递，可以不带参数，也可以带参数（只能有一个参数），可以用一个类或结构体封装
class Program { static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(TestMethod)); Thread t2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(TestMethod)); t1.IsBackground = true; t2.IsBackground = true; t1.Start(); t2.Start("hello"); Console.ReadKey(); } public static void TestMethod() { Console.WriteLine("不带参数的线程函数"); } public static void TestMethod(object data) { string datastr = data as string; Console.WriteLine("带参数的线程函数，参数为：{0}", datastr); } }
3、线程池
由于线程的创建和销毁需要耗费一定的开销，过多的使用线程会造成内存资源的浪费，出于对性能的考虑，于是引入了线程池的概念，线程池维护一个请求队列，线程池中代码从队列提取任务，然后委派给线程池执行，线程执行完不会被立即销毁，这样既可以在后台执行任务，又可以减少线程创建和销毁所带来的开销
class Program { static void Main(string[] args) { //设置线程池的最大辅助线程数和IO线程数 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000); //将工作线程加入到线程池队列中，这里可以传递一个线程参数 ThreadPool.QueueUserWorkItem(TestMethod, "Hello"); Console.ReadKey(); } public static void TestMethod(object data) { string datastr = data as string; Console.WriteLine(datastr); } }
4、异步的实现
1、通过委托实现异步：BeginInvoke() 和 EndInvoke()
public delegate string MyDelegate(object data); class Program { static void Main(string[] args) { MyDelegate mydelegate = new MyDelegate(TestMethod); IAsyncResult result = mydelegate.BeginInvoke("Thread Param", TestCallback, "Callback Param"); //阻塞，等待异步执行完成 string resultstr = mydelegate.EndInvoke(result); } //线程函数 public static string TestMethod(object data) { string datastr = data as string; return datastr; } //异步回调函数 public static void TestCallback(IAsyncResult data) { Console.WriteLine(data.AsyncState); } }
2、通过任务实现异步，这个需要.NET 4.0以上才支持
class Program { static void Main(string[] args) { Task<string> task = new Task<string>(n => DoWork((int)n), 10); //使用任务工厂创建任务 //Task<string> task = Task.Factory.StartNew(n => DoWork((int)n), 10); task.Wait(); //等待任务执行完成 Console.WriteLine("The Method result is: " + task.Result); Console.ReadKey(); } private static string DoWork(int n) { n++; return n.ToString(); } }
5、线程池中的IO线程
.NET中使用Begin方法时，把线程加入到线程池的队列中，然后启动线程，使用End方法结束异步调用
浏览器对服务器的异步请求是通过I/O线程来模拟的，I/O线程主要为网络编程上的异步请求，和文件处理
class Program { static byte[] data = new byte[1024]; static void Main(string[] args) { FileStream fs = new FileStream("test.txt", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, 1024, true); fs.BeginRead(data, 0, data.Length, new AsyncCallback(ReadCallback), fs); } private static void ReadCallback(IAsyncResult ar) { FileStream fs = ar.AsyncState as FileStream; //结束异步 int length = fs.EndRead(ar); string datastr = Encoding.UTF8.GetString(data, 0, length); } }
6、线程同步
线程同步会让程序增加额外的代码，而且也会带来一定的系统开销，而且使用不当容易发生死锁等问题，所以在实际应用中，尽量少使用
1）原子操作（Interlocked）：所有方法都是执行一次原子读取或一次写入操作
2）Monitor实现线程同步
通过Monitor.Enter() 和 Monitor.Exit()实现排它锁的获取和释放，获取之后独占资源，不允许其他线程访问
还有一个TryEnter方法，请求不到资源时不会阻塞等待，可以设置超时时间，获取不到直接返回false
3）ReaderWriterLock
当对资源操作读多写少的时候，为了提高资源的利用率，让读操作锁为共享锁，多个线程可以并发读取资源，而写操作为独占锁，只允许一个线程操作
ReaderWriterLock rwl = new ReaderWriterLock(); rwl.AcquireReaderLock(1000); //读取操作 rwl.ReleaseReaderLock(); rwl.AcquireWriterLock(1000); //写操作 rwl.ReleaseWriterLock();
4）事件（Event）类实现同步
事件类有两种状态，终止状态和非终止状态，终止状态时调用WaitOne可以请求成功，通过Set将时间状态设置为终止状态
1）AutoResetEvent（自动重置事件）
终止状态 -> 调用WaitOne -> 非终止状态，一次只能唤醒一个线程
2）ManualResetEvent（手动重置事件）
终止状态 -> 调用WaitOne -> 终止状态，所以，一次可以唤醒多个线程
下面实例：线程t调用WaitOne挂起等待，主线程调用Set后线程t被唤醒继续执行
class Program { static AutoResetEvent autoevent = new AutoResetEvent(false); static void Main(string[] args) { Thread t = new Thread(Dowork); t.IsBackground = true; t.Start(); Thread.Sleep(2000); autoevent.Set(); Console.ReadKey(); } private static void Dowork() { if(autoevent.WaitOne(2000)) { for (int i = 0; i < 100; i++) { Console.WriteLine(i.ToString()); } } } }
5）信号量（Semaphore）
信号量是由内核对象维护的int变量，为0时，线程阻塞，大于0时解除阻塞，当一个信号量上的等待线程解除阻塞后，信号量计数+1
线程通过WaitOne将信号量减1，通过Release将信号量加1，使用很简单
Semaphore semaphore = new Semaphore(1, 10); semaphore.WaitOne(2000); semaphore.Release();
6）互斥体（Mutex）
独占资源，用法与Semaphore相似
Mutex mutex = new Mutex(true); mutex.WaitOne(2000); mutex.ReleaseMutex();
7）跨进程间的同步
通过设置同步对象的名称就可以实现系统级的同步，不同应用程序通过同步对象的名称识别不同同步对象，例如
EventWaitHandle waithandle = new EventWaitHandle(true, EventResetMode.AutoReset, "MyAutoResetEvent"); Semaphore semaphore = new Semaphore(1, 10, "MySemaphore"); Mutex mutex = new Mutex(true, "MyMutex");
