C#多线程系列(1)：Thread
本篇是《多线程入门和实践(初级)》的第一篇，也是大家相当熟悉和不屑的的最简单的入门部分。作为系列文章，笔者将从最简单的部分开始，与各位伙伴一起不断学习和探究 C# 中的多线程。
对于涉及理论的东西，这里不会过多讨论。更加深入的成分会在中级系列加以说明和探讨，届时会有很多与底层相关的知识。
系列文章一般开头都要写一些寄语吧？
那我祝愿各位同学要好好学习，天天向上。
学习多线程的第一步，就是学习 Thread。Thread 类可以创建和控制线程，设置其优先级并获取其状态。这一篇将开始学习线程的创建和生命周期。
官方文档 Thread 类详细的属性和方法：
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.thread?view=netcore-3.1#properties
来，打开你的 Visual Studio，一起撸代码。
1，获取当前线程信息
Thread.CurrentThread 是一个 静态的 Thread 类，Thread 的CurrentThread 属性，可以获取到当前运行线程的一些信息，其定义如下：
public static System.Threading.Thread CurrentThread { get; }
Thread 类有很多属性和方法，这里就不列举了，后面的学习会慢慢熟悉更多 API 和深入了解使用。
这里有一个简单的示例：
static void Main(string[] args)
{
Thread thread = new Thread(OneTest);
thread.Name = "Test";
thread.Start();
Console.ReadKey();
}
public static void OneTest()
{
Thread thisTHread = Thread.CurrentThread;
Console.WriteLine("线程标识：" + thisTHread.Name);
Console.WriteLine("当前地域：" + thisTHread.CurrentCulture.Name); // 当前地域
Console.WriteLine("线程执行状态：" + thisTHread.IsAlive);
Console.WriteLine("是否为后台线程：" + thisTHread.IsBackground);
Console.WriteLine("是否为线程池线程"+thisTHread.IsThreadPoolThread);
}
输出
线程标识：Test
当前地域：zh-CN
线程执行状态：True
是否为后台线程：False
是否为线程池线程False
2，管理线程状态
一般认为，线程有五种状态：
新建(new 对象) 、就绪(等待CPU调度)、运行(CPU正在运行)、阻塞(等待阻塞、同步阻塞等)、死亡(对象释放)。
理论的东西不说太多，直接撸代码。
2.1 启动与参数传递
新建线程简直滚瓜烂熟，无非 new 一下，然后 Start()。
Thread thread = new Thread();
Thread 的构造函数有四个：
public Thread(ParameterizedThreadStart start);
public Thread(ThreadStart start);
public Thread(ParameterizedThreadStart start, int maxStackSize);
public Thread(ThreadStart start, int maxStackSize);
我们以启动新的线程时传递参数来举例，使用这四个构造函数呢？
2.1.1 ParameterizedThreadStart
ParameterizedThreadStart 是一个委托，构造函数传递的参数为需要执行的方法，然后在 Start 方法中传递参数。
需要注意的是，传递的参数类型为 object，而且只能传递一个。
代码示例如下：
static void Main(string[] args)
{
string myParam = "abcdef";
ParameterizedThreadStart parameterized = new ParameterizedThreadStart(OneTest);
Thread thread = new Thread(parameterized);
thread.Start(myParam);
Console.ReadKey();
}
public static void OneTest(object obj)
{
string str = obj as string;
if (string.IsNullOrEmpty(str))
return;
Console.WriteLine("新的线程已经启动");
Console.WriteLine(str);
}
2.1.2 使用静态变量或类成员变量
此种方法不需要作为参数传递，各个线程共享堆栈。
优点是不需要装箱拆箱，多线程可以共享空间；缺点是变量是大家都可以访问，此种方式在多线程竞价时，可能会导致多种问题(可以加锁解决)。
下面使用两个变量实现数据传递：
class Program
{
private string A = "成员变量";
public static string B = "静态变量";
static void Main(string[] args)
{
// 创建一个类
Program p = new Program();
Thread thread1 = new Thread(p.OneTest1);
thread1.Name = "Test1";
thread1.Start();
Thread thread2 = new Thread(OneTest2);
thread2.Name = "Test2";
thread2.Start();
Console.ReadKey();
}
public void OneTest1()
{
Console.WriteLine("新的线程已经启动");
Console.WriteLine(A); // 本身对象的其它成员
}
public static void OneTest2()
{
Console.WriteLine("新的线程已经启动");
Console.WriteLine(B); // 全局静态变量
}
}
2.1.3 委托与Lambda
原理是 Thread 的构造函数 public Thread(ThreadStart start);，ThreadStart 是一个委托，其定义如下
public delegate void ThreadStart();
使用委托的话，可以这样写
static void Main(string[] args)
{
System.Threading.ThreadStart start = DelegateThread;
Thread thread = new Thread(start);
thread.Name = "Test";
thread.Start();
Console.ReadKey();
}
public static void DelegateThread()
{
OneTest("a", "b", 666, new Program());
}
public static void OneTest(string a, string b, int c, Program p)
{
Console.WriteLine("新的线程已经启动");
}
有那么一点点麻烦，不过我们可以使用 Lambda 快速实现。
使用 Lambda 示例如下：
static void Main(string[] args)
{
Thread thread = new Thread(() =>
{
OneTest("a", "b", 666, new Program());
});
thread.Name = "Test";
thread.Start();
Console.ReadKey();
}
public static void OneTest(string a, string b, int c, Program p)
{
Console.WriteLine("新的线程已经启动");
}
可以看到，C# 是多么的方便。
2.2 暂停与阻塞
Thread.Sleep() 方法可以将当前线程挂起一段时间，Thread.Join() 方法可以阻塞当前线程一直等待另一个线程运行至结束。
在等待线程 Sleep() 或 Join() 的过程中，线程是阻塞的(Blocket)。
阻塞的定义：当线程由于特点原因暂停执行，那么它就是阻塞的。
如果线程处于阻塞状态，线程就会交出他的 CPU 时间片，并且不会消耗 CPU 时间，直至阻塞结束。
阻塞会发生上下文切换。
代码示例如下：
static void Main(string[] args)
{
Thread thread = new Thread(OneTest);
thread.Name = "小弟弟";
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:大家在吃饭，吃完饭后要带小弟弟逛街");
Console.WriteLine("吃完饭了");
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:小弟弟开始玩游戏");
thread.Start();
// 化妆 5 s
Console.WriteLine("不管他，大姐姐化妆先"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:化完妆，等小弟弟打完游戏");
thread.Join();
Console.WriteLine("打完游戏了嘛？" + (!thread.IsAlive ? "true" : "false"));
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:走，逛街去");
Console.ReadKey();
}
public static void OneTest()
{
Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "开始打游戏");
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:第几局：" + i);
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2)); // 休眠 2 秒
}
Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "打完了");
}
2.3 线程状态
ThreadState 是一个枚举，记录了线程的状态，我们可以从中判断线程的生命周期和健康情况。
其枚举如下：
| 枚举 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| Initialized | 0 | 此状态指示线程已初始化但尚未启动。 |
| Ready | 1 | 此状态指示线程因无可用的处理器而等待使用处理器。 线程准备在下一个可用的处理器上运行。 |
| Running | 2 | 此状态指示线程当前正在使用处理器。 |
| Standby | 3 | 此状态指示线程将要使用处理器。 一次只能有一个线程处于此状态。 |
| Terminated | 4 | 此状态指示线程已完成执行并已退出。 |
| Transition | 6 | 此状态指示线程在可以执行前等待处理器之外的资源。 例如，它可能正在等待其执行堆栈从磁盘中分页。 |
| Unknown | 7 | 线程的状态未知。 |
| Wait | 5 | 此状态指示线程尚未准备好使用处理器，因为它正在等待外围操作完成或等待资源释放。 当线程就绪后，将对其进行重排。 |
但是里面有很多枚举类型是没有用处的，我们可以使用一个这样的方法来获取更加有用的信息：
public static ThreadState GetThreadState(ThreadState ts)
{
return ts & (ThreadState.Unstarted |
ThreadState.WaitSleepJoin |
ThreadState.Stopped);
}
根据 2.2 中的示例，我们修改一下 Main 中的方法：
static void Main(string[] args)
{
Thread thread = new Thread(OneTest);
thread.Name = "小弟弟";
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:大家在吃饭，吃完饭后要带小弟弟逛街");
Console.WriteLine("吃完饭了");
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:小弟弟开始玩游戏");
Console.WriteLine("弟弟在干嘛？(线程状态)：" + Enum.GetName(typeof(ThreadState), GetThreadState(thread.ThreadState)));
thread.Start();
Console.WriteLine("弟弟在干嘛？(线程状态)：" + Enum.GetName(typeof(ThreadState), GetThreadState(thread.ThreadState)));
// 化妆 5 s
Console.WriteLine("不管他，大姐姐化妆先"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
Console.WriteLine("弟弟在干嘛？(线程状态)：" + Enum.GetName(typeof(ThreadState), GetThreadState(thread.ThreadState)));
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:化完妆，等小弟弟打完游戏");
thread.Join();
Console.WriteLine("弟弟在干嘛？(线程状态)：" + Enum.GetName(typeof(ThreadState), GetThreadState(thread.ThreadState)));
Console.WriteLine("打完游戏了嘛？" + (!thread.IsAlive ? "true" : "false"));
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:走，逛街去");
Console.ReadKey();
}
代码看着比较乱，请复制到项目中运行一下。
输出示例：
2020/4/11 11:01:48:大家在吃饭，吃完饭后要带小弟弟逛街
吃完饭了
2020/4/11 11:01:48:小弟弟开始玩游戏
弟弟在干嘛？(线程状态)：Unstarted
弟弟在干嘛？(线程状态)：Running
不管他，大姐姐化妆先
小弟弟开始打游戏
2020/4/11 11:01:48:第几局：0
2020/4/11 11:01:50:第几局：1
2020/4/11 11:01:52:第几局：2
弟弟在干嘛？(线程状态)：WaitSleepJoin
2020/4/11 11:01:53:化完妆，等小弟弟打完游戏
2020/4/11 11:01:54:第几局：3
2020/4/11 11:01:56:第几局：4
2020/4/11 11:01:58:第几局：5
2020/4/11 11:02:00:第几局：6
2020/4/11 11:02:02:第几局：7
2020/4/11 11:02:04:第几局：8
2020/4/11 11:02:06:第几局：9
小弟弟打完了
弟弟在干嘛？(线程状态)：Stopped
打完游戏了嘛？true
2020/4/11 11:02:08:走，逛街去
可以看到 Unstarted、WaitSleepJoin、Running、Stopped四种状态，即未开始（就绪）、阻塞、运行中、死亡。
2.4 终止
.Abort() 方法不能在 .NET Core 上使用，不然会出现 System.PlatformNotSupportedException:“Thread abort is not supported on this platform.” 。
后面关于异步的文章会讲解如何实现终止。
由于 .NET Core 不支持，就不理会这两个方法了。这里只列出 API，不做示例。
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| Abort() | 在调用此方法的线程上引发 ThreadAbortException，以开始终止此线程的过程。 调用此方法通常会终止线程。 |
| Abort(Object) | 引发在其上调用的线程中的 ThreadAbortException以开始处理终止线程，同时提供有关线程终止的异常信息。 调用此方法通常会终止线程。 |
Abort() 方法给线程注入 ThreadAbortException 异常，导致程序被终止。但是不一定可以终止线程。
2.5 线程的不确定性
线程的不确定性是指几个并行运行的线程，不确定在下一刻 CPU 时间片会分配给谁(当然，分配有优先级)。
对我们来说，多线程是同时运行的，但一般 CPU 没有那么多核，不可能在同一时刻执行所有的线程。CPU 会决定某个时刻将时间片分配给多个线程中的一个线程，这就出现了 CPU 的时间片分配调度。
执行下面的代码示例，你可以看到，两个线程打印的顺序是不确定的，而且每次运行结果都不同。
CPU 有一套公式确定下一次时间片分配给谁，但是比较复杂，需要学习计算机组成原理和操作系统。
留着下次写文章再讲。
static void Main(string[] args)
{
Thread thread1 = new Thread(Test1);
Thread thread2 = new Thread(Test2);
thread1.Start();
thread2.Start();
Console.ReadKey();
}
public static void Test1()
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine("Test1:" + i);
}
}
public static void Test2()
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine("Test2:" + i);
}
}
2.6 线程优先级、前台线程和后台线程
Thread.Priority 属性用于设置线程的优先级，Priority 是一个 ThreadPriority 枚举，其枚举类型如下
| 枚举 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| AboveNormal | 3 | 可以将 安排在具有 Highest 优先级的线程之后，在具有 Normal 优先级的线程之前。 |
| BelowNormal | 1 | 可以将 Thread 安排在具有 Normal 优先级的线程之后，在具有 Lowest 优先级的线程之前。 |
| Highest | 4 | 可以将 Thread 安排在具有任何其他优先级的线程之前。 |
| Lowest | 0 | 可以将 Thread 安排在具有任何其他优先级的线程之后。 |
| Normal | 2 | 可以将 Thread 安排在具有 AboveNormal 优先级的线程之后，在具有 BelowNormal 优先级的线程之前。 默认情况下，线程具有 Normal 优先级。 |
优先级排序：Highest > AboveNormal > Normal > BelowNormal > Lowest。
Thread.IsBackgroundThread 可以设置线程是否为后台线程。
前台线程的优先级大于后台线程，并且程序需要等待所有前台线程执行完毕后才能关闭；而当程序关闭是，无论后台线程是否在执行，都会强制退出。
2.7 自旋和休眠
当线程处于进入休眠状态或解除休眠状态时，会发生上下文切换，这就带来了昂贵的消耗。
而线程不断运行，就会消耗 CPU 时间，占用 CPU 资源。
对于过短的等待，应该使用自旋(spin)方法，避免发生上下文切换；过长的等待应该使线程休眠，避免占用大量 CPU 时间。
我们可以使用最为熟知的 Sleep() 方法休眠线程。有很多同步线程的类型，也使用了休眠手段等待线程（已经写好草稿啦）。
自旋的意思是，没事找事做。
例如：
public static void Test(int n)
{
int num = 0;
for (int i=0;i<n;i++)
{
num += 1;
}
}
通过做一些简单的运算，来消耗时间，从而达到等待的目的。
C# 中有关于自旋的自旋锁和 Thread.SpinWait(); 方法，在后面的线程同步分类中会说到自旋锁。
Thread.SpinWait() 在极少数情况下，避免线程使用上下文切换很有用。其定义如下
public static void SpinWait(int iterations);
SpinWait 实质上是（处理器）使用了非常紧密的循环，并使用 iterations 参数指定的循环计数。 SpinWait 等待时间取决于处理器的速度。
