C#的線程(一)
初識線程
線程是一個獨立的運行單元,每個進程內部都有多個線程,每個線程都可以各自同時執行指令。每個線程都有自己獨立的棧,但是與進程內的其他線程共享內存。但是對於.NET的客戶端程序(Console,WPF,WinForms)是由CLR創建的單線程(主線程,且只創建一個線程)來啓動。在該線程上可以創建其他線程。
圖:
線程工作方式
多線程由內部線程調度程序管理,線程調度器通常是CLR委派給操作系統的函數。線程調度程序確保所有活動線程都被分配到合適的執行時間,線程在等待或阻止時 (例如,在一個獨佔鎖或用戶輸入) 不會消耗 CPU 時間。
在單處理器計算機上,線程調度程序是執行時間切片 — 迅速切換每個活動線程。在 Windows 中, 一個時間片是通常數十毫秒爲單位的區域 — — 相比來說 線程間相互切換比CPU更消耗資源。在多處理器計算機上,多線程用一種混合的時間切片和真正的併發性來實現,不同的線程會在不同的cpu運行代碼。
創建線程
如:
using System;using System.Threading;class ThreadTest{ static void Main() { Thread t = new Thread (Write2); // 創建線程t t.Start(); // 執行 Write2() // 同時執行主線程上的該方法 for (int i = 0; i < 1000; i++) Console.Write ("1"); } static void Write2() { for (int i = 0; i < 1000; i++) Console.Write ("2"); } }//輸出://111122221122221212122221212......
在主線程上創建了一個新的線程,該新線程執行WrWrite2方法,在調用t.Start()時,主線程並行,輸出“1”。
圖:
線程Start()之後,線程的IsAlive屬性就爲true,直到該線程結束(當線程傳入的方法結束時,該線程就結束)。
CLR使每個線程都有自己獨立的內存棧,所以每個線程的本地變量都相互獨立。
如:
static void Main() { new Thread (Go).Start(); // 創建一個新線程,並調用Go方法 Go(); // 在主線程上調用Go方法} static void Go(){ // 聲明一個本地局部變量 cycles for (int cycles = 0; cycles < 5; cycles++) Console.Write ('N'); }//輸出://NNNNNNNNNN (共輸出10個N)
在新線程和主線程上調用Go方法時分別創建了變量cycles,這時cycles在不同的線程棧上,所以相互獨立不受影響。
圖:
如果不同線程指向同一個實例的引用,那麼不同的線程共享該實例。
如:
class ThreadTest{ //全局變量 int i; static void Main() { ThreadTest tt = new ThreadTest(); // 創建一個ThreadTest類的實例 new Thread (tt.Go).Start(); tt.Go(); } // Go方法屬於ThreadTest的實例 void Go() { if (i==1) { ++i; Console.WriteLine (i); } } }//輸出://2
新線程和主線程上調用了同一個實例的Go方法,所以變量i共享。
靜態變量也可以被多線程共享
class ThreadTest { static int i; // 靜態變量可以被線程共享 static void Main() { new Thread (Go).Start(); Go(); } static void Go() { if (i==1) { ++i; Console.WriteLine (i); } } }//輸出://2
如果將Go方法的代碼位置互換
static void Go() { if (i==1) { Console.WriteLine (i);++i;} }//輸出://1//1(有時輸出一個,有時輸出兩個)
如果新線程在Write之後,done=true之前,主線程也執行到了write那麼就會有兩個done。
不同線程在讀寫共享字段時會出現不可控的輸出,這就是多線程的線程安全問題。
解決方法: 使用排它鎖來解決這個問題--lock
class ThreadSafe { static bool done; static readonly object locker = new object(); static void Main() { new Thread (Go).Start(); Go(); } static void Go() { //使用lock,確保一次只有一個線程執行該代碼 lock (locker) { if (!done) { Console.WriteLine ("Done"); done = true; } } } }
當多個線程都在爭取這個排它鎖時,一個線程獲取該鎖,其他線程會處於blocked狀態(該狀態時不消耗cpu),等待另一個線程釋放鎖時,捕獲該鎖。這就保證了一次
只有一個線程執行該代碼。
Join和Sleep
Join可以實現暫停另一個線程,直到調用Join方法的線程結束。
static void Main(){ Thread t = new Thread (Go); t.Start(); t.Join(); Console.WriteLine ("Thread t has ended!"); } static void Go(){ for (int i = 0; i < 1000; i++) Console.Write ("y"); }//輸出://yyyyyy..... Thread t has ended!
線程t調用Join方法,阻塞主線程,直到t線程執行結束,再執行主線程。
Sleep:暫停該線程一段時間
Thread.Sleep (TimeSpan.FromHours (1)); // 暫停一個小時Thread.Sleep (500); // 暫停500毫秒Join是暫停別的線程,Sleep是暫停自己線程。
上面的例子是使用Thread類的構造函數,給構造函數傳入一個ThreadStart委託。來實現的。
public delegate void ThreadStart();
然後調用Start方法,來執行該線程。委託執行完該線程也結束。
如:
class ThreadTest{ static void Main() { Thread t = new Thread (new ThreadStart (Go)); t.Start(); // 執行Go方法 Go(); // 同時在主線程上執行Go方法 } static void Go() { Console.WriteLine ("hello!"); } }
多數情況下,可以不用new ThreadStart委託。直接在構造函數裏傳入void類型的方法。
Thread t = new Thread (Go);
使用lambda表達式
static void Main(){ Thread t = new Thread ( () => Console.WriteLine ("Hello!") ); t.Start(); }
線程傳遞參數
最簡單的就是在lambda表達式直接傳入參數。
static void Main(){ Thread t = new Thread ( () => Print ("Hello from t!") ); t.Start(); } static void Print (string message) { Console.WriteLine (message); }
或者在調用Start方法時傳入參數
static void Main(){ Thread t = new Thread (Print); t.Start ("Hello from t!"); } static void Print (object messageObj){ string message = (string) messageObj; Console.WriteLine (message); }
此時傳給Thread的構造函數是有一個參數的void類型方法。
因爲Thread的構造函數也可以傳遞如下委託:
public delegate void ParameterizedThreadStart (object obj);
Lambda簡潔高效,但是在捕獲變量的時候要注意,捕獲的變量是否共享。
如:
for (int i = 0; i < 10; i++) new Thread (() => Console.Write (i)).Start();//輸出://0223447899
因爲每次循環中的i都是同一個i,是共享變量,在輸出的過程中,i的值會發生變化。
解決方法-臨時變量
for (int i = 0; i < 10; i++) { int temp = i; new Thread (() => Console.Write (temp)).Start(); }
這時每個線程都指向新的temp;在該線程中temp不受其他線程影響。
總結:
Thread構造函數傳遞方法有兩種方式:
public delegate void ThreadStart();public delegate void ParameterizedThreadStart (object obj);
Foreground線程和Background線程
默認情況下創建的線程都是Foreground,只要有一個Foregournd線程在執行,應用程序就不會關閉。
Background線程則不是。一旦Foreground線程執行完,應用程序結束,background就會強制結束。
可以用IsBackground來查看該線程是什麼類型的線程。
線程異常捕獲
public static void Main(){ try { new Thread (Go).Start(); } catch (Exception ex) { // 不能捕獲異常 Console.WriteLine ("Exception!"); } } static void Go() { throw null; } //拋出 Null異常
此時並不能在Main方法裏捕獲線程Go方法的異常,如果是Thread自身的異常可以捕獲。
正確捕獲方式:
public static void Main(){ new Thread (Go).Start(); } static void Go(){ try { // ... throw null; // 這個異常會被下面捕獲 // ... } catch (Exception ex) { // ... } }
線程池
當創建一個線程時,就會消耗幾百毫秒cpu,創建一些新的私有局部變量棧。每個線程還消耗(默認)約1 MB的內存。線程池通過共享和回收線程,允許在不影響性能的情況下啓用多線程。
每個.NET程序都有一個線程池,線程池維護着一定數量的工作線程,這些線程等待着執行分配下來的任務。
線程池線程注意點:
1 線程池的線程不能設置名字(導致線程調試困難)。2 線程池的線程都是background線程3 阻塞一個線程池的線程,會導致延遲。4 可以隨意設置線程池的優先級,在回到線程池時改線程就會被重置。
通過Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread.可以查看該線程是否是線程池的線程。
使用線程池創建線程的方法:
Task
ThreadPool.QueueUserWorkItem
Asynchronous delegates
BackgroundWorker
TPL
Framework4.0下可以使用Task來創建線程池線程。調用Task.Factory.StartNew(),傳遞一個委託
static void Main() { Task.Factory.StartNew (Go); } static void Go(){ Console.WriteLine ("Hello from the thread pool!"); }
Task.Factory.StartNew 返回一個Task對象。可以調用該Task對象的Wait來等待該線程結束。
Task構造函數
給Task構造函數傳遞Action委託,或對應的方法,調用start方法,啓動任務
static void Main() { Task t=new Task(Go); t.Start(); } static void Go(){ Console.WriteLine ("Hello from the thread pool!"); }
Task.Run
直接調用Task.Run傳入方法,執行。
static void Main() { Task.Run(new Action(Go)); } static void Go(){ Console.WriteLine ("Hello from the thread pool!"); }
Task泛型允許有返回值。
如:
static void Main(){ // 創建Task並執行 Task<string> task = Task.Factory.StartNew<string> ( () => DownloadString ("http://www.linqpad.net") ); // 同時執行其他方法 RunSomeOtherMethod(); //主線程會被阻塞直到獲取到該返回值 string result = task.Result; } static string DownloadString (string uri){ using (var wc = new System.Net.WebClient()) return wc.DownloadString (uri); }
QueueUserWorkItem
QueueUserWorkItem沒有返回值。使用 QueueUserWorkItem,只需傳遞相應委託的方法就行。
static void Main(){ //Go方法的參數data此時爲空 ThreadPool.QueueUserWorkItem (Go); //Go方法的參數data此時爲123 ThreadPool.QueueUserWorkItem (Go, 123); Console.ReadLine(); } static void Go (object data) { Console.WriteLine ("Hello from the thread pool! " + data); }
委託異步
委託異步可以返回任意類型個數的值。
使用委託異步的方式:
聲明一個和方法匹配的委託
調用該委託的BeginInvoke方法,獲取返回類型爲IAsyncResult的值
調用EndInvoke方法傳遞IAsyncResulte類型的值獲取最終結果
如:
static void Main(){ Func<string, int> method = Work; IAsyncResult cookie = method.BeginInvoke ("test", null, null); // // ... 此時可以同步處理其他事情 // int result = method.EndInvoke (cookie); Console.WriteLine ("String length is: " + result); } static int Work (string s) { return s.Length; }
EndInvoke做了三件事情:
等待委託異步的結束。
獲取返回值
拋出未處理異常給調用線程
推薦使用回調函數來簡化委託的異步調用,回調函數參數爲IAsyncResult類型
static void Main(){ Func<string, int> method = Work; method.BeginInvoke ("test", Done, method); // ... //並行其他事情} static int Work (string s) { return s.Length; } static void Done (IAsyncResult cookie){ var target = (Func<string, int>) cookie.AsyncState; int result = target.EndInvoke (cookie); Console.WriteLine ("String length is: " + result); }