C#为什么要多线程开发(一)

首先说下多线程出现的原因:

为了解决负载均衡问题,充分利用CPU资源.为了提高CPU的使用率,采用多线程的方式去同时完成几件事情而不互相干扰.为了处理大量的IO操作时或处理的情况需要花费大量的时间等等,比如:读写文件,视频图像的采集,处理,显示,保存等

多线程的好处:

1.使用线程可以把占据时间长的程序中的任务放到后台去处理

2.用户界面更加吸引人,这样比如用户点击了一个按钮去触发某件事件的处理,可以弹出一个进度条来显示处理的进度

3.程序的运行效率可能会提高

4.在一些等待的任务实现上如用户输入,文件读取和网络收发数据等,线程就比较有用了.

多线程的缺点:

1.如果有大量的线程,会影响性能,因为操作系统需要在它们之间切换.

2.更多的线程需要更多的内存空间

 

3.线程中止需要考虑对程序运行的影响.

4.通常块模型数据是在多个线程间共享的,需要防止线程死锁情况的发生

实现多线程的方法:

1.NSObject

2.NSthread

3.NSOperation

4.GCD

iOS中多线程的方法主要有三种:

1.NSThread   2.NSOperation  3.GCD

(1)NSOperation与GCD的区别:

 

Mac OS X 10.6及iOS4.0之后导入了可以使全体线程更高效运行，并且使并行处理应用更易开发的架构，GCD(Grand Central  Dispatch)，同时引入的还有Run Loop，线程(包括Cocoa和POSIX)和 Operation。GCD拥有非常轻量级的工作单元和并发方式，并且由系统决定其最佳调度方式。这个时候出现了一个问题，NSOperation如何处理呢？

其实我们在通过NSOperation和GCD进行开发过程中，会发现两者执行的方式有许多相似之处，NSOperation和GCD参照对比，NSOperationQueue和dispatch_queue参照对比，但是两者之间还是有许多差别的，具体区别:

1.  GCD的核心是C语言写的系统服务，执行和操作简单高效，因此NSOperation底层也通过GCD实现，换个说法就是NSOperation是对GCD更高层次的抽象，这是他们之间最本质的区别.因此如果希望自定义任务，建议使用NSOperation；

2.依赖关系，NSOperation可以设置两个NSOperation之间的依赖，第二个任务依赖于第一个任务完成执行，GCD无法设置依赖关系，不过可以通过dispatch_barrier_async来实现这种效果；

3.KVO(键值对观察)，NSOperation和容易判断Operation当前的状态(是否执行，是否取消)，对此GCD无法通过KVO进行判断；

4.优先级，NSOperation可以设置自身的优先级，但是优先级高的不一定先执行，GCD只能设置队列的优先级，无法在执行的block设置优先级；

5.继承，NSOperation是一个抽象类实际开发中常用的两个类是NSInvocationOperation和NSBlockOperation，同样我们可以自定义NSOperation，GCD执行任务可以自由组装，没有继承那么高的代码复用度；

6.效率，直接使用GCD效率确实会更高效，NSOperation会多一点开销，但是通过NSOperation可以获得依赖，优先级，继承，键值对观察这些优势，相对于多的那么一点开销确实很划算，鱼和熊掌不可得兼，取舍在于开发者自己；

关于主要的区别都已经总结，根据实际开发中来说，GCD使用情况较多，简单高效，从变成原则上来看，应该是使用高层次的抽象，避免使用低层次的抽象，那么无疑我们应该选择NSOperation，因为复杂的任务可以自己通过NSOperation实现，日常还是GCD的天下，毕竟GCD有更高的并发和执行能力

(2)GCD与NSThread的区别:

1)NSThread通过@selector指定要执行的方法,代码分散

 

2)GCD通过Block指定要执行的代码,代码集中,所有的代码写在一起的,让代码更加简单,易于阅读和维护

3)使用GCD不需要管理线程的创建/销毁/复用的过程!程序员不用关心线程的生命周期

4)如果要开多个线程NSThead 必须实例化多个线程对象

5)NSThread靠NSObject的分类方法实现的线程间通讯

 

一、使用线程的理由

1、可以使用线程将代码同其他代码隔离，提高应用程序的可靠性。

2、可以使用线程来简化编码。

3、可以使用线程来实现并发执行。

二、基本知识

1、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。

2、前台线程和后台线程：通过Thread类新建线程默认为前台线程。当所有前台线程关闭时，所有的后台线程也会被直接终止，不会抛出异常。

3、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。

4、阻塞线程：Join，阻塞调用线程，直到该线程终止。

5、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。

6、线程优先级：AboveNormal BelowNormal Highest Lowest Normal，默认为Normal。

三、线程的使用

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参数。

namespace Test
{
    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);
        }
    } 
}

四、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，线程池的代码从队列提取任务，然后委派给线程池的一个线程执行，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。

线程池线程默认为后台线程（IsBackground）。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //将工作项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);
        }
    }
}

五、Task类

使用ThreadPool的QueueUserWorkItem()方法发起一次异步的线程执行很简单，但是该方法最大的问题是没有一个内建的机制让你知道操作什么时候完成，有没有一个内建的机制在操作完成后获得一个返回值。为此，可以使用System.Threading.Tasks中的Task类。

构造一个Task<TResult>对象，并为泛型TResult参数传递一个操作的返回类型。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Task<Int32> t = new Task<Int32>(n => Sum((Int32)n), 1000);
            t.Start();
            t.Wait();
            Console.WriteLine(t.Result);
            Console.ReadKey();
        }

        private static Int32 Sum(Int32 n)
        {
            Int32 sum = 0;
            for (; n > 0; --n)
                checked{ sum += n;} //结果太大，抛出异常
            return sum;
        }
    }
}

一个任务完成时，自动启动一个新任务。
一个任务完成后，它可以启动另一个任务，下面重写了前面的代码，不阻塞任何线程。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Task<Int32> t = new Task<Int32>(n => Sum((Int32)n), 1000);
            t.Start();
            //t.Wait();
            Task cwt = t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("The result is {0}",t.Result));
            Console.ReadKey();
        }

        private static Int32 Sum(Int32 n)
        {
            Int32 sum = 0;
            for (; n > 0; --n)
                checked{ sum += n;} //结果溢出，抛出异常
            return sum;
        }
    }
}

六、委托异步执行

委托的异步调用：BeginInvoke() 和 EndInvoke()

namespace Test
{
    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");

            //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);
        }
    }
}

七、线程同步

　　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）lock()语句：避免锁定public类型，否则实例将超出代码控制的范围，定义private对象来锁定。

　　3）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。

　　4）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。

　　5）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）

　　　　2）ManualResetEvent（手动重置事件）

　　6）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。

　　7）互斥体（Mutex）

　　　　　　独占资源，用法与Semaphore相似。

 　 8）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。