[.net 面向對象程序設計進階] (16) 多線程(Multithreading)(一) 利用多線程提升程序性能（上）

[.net 面向對象程序設計進階] (16) 多線程(Multithreading)(一) 利用多線程提升程序性能（上）

本節導讀：

隨着硬件和網絡的高速發展，爲多線程(Multithreading)處理並行任務，提供了有利條件。

其實咱們每時每刻都在享受多線程帶來的便利，多核處理器多線程工做、Windows操做系統、Web服務器都在使用多線程工做。

使用多線程直接提升了程序的執行效率，所以學習多線程對提升程序運行能力很是必要，本節主要介紹多線程原理及.NET中多線程在.NET面向對象程序設計中的應用。 

讀前必備： 

本節須要瞭解Lambda表達式基礎及匿名方法和匿名委託相關知識； 

A.  委託                    [.net 面向對象編程基礎] (20)  委託 

B.  Lamda表達式    [.net 面向對象程序設計進階] (5) Lamda表達式(一)  建立委託  

1. 關於多線程

在介紹多線程以前，先了解一下進程。

進程：獨立運行的程序稱爲進程。（好比Windows系統後臺程序，也能夠稱爲後臺進程）

線程：對於同一個程序分爲多個執行流，稱爲線程。

多線程：使用多個線程進行多任務處理，稱爲多線程。

2. 如何合理使用多線程？

A.對於用戶等待程序處理時，可使用多線程處理耗時任務；

B.對於一些不須要即時完成的任務，可使用後臺任務線程處理；

C.對於多併發任務，可使用多線程同時處理；

D.對於通信類，好比對線程阻塞，可使用多線程。

除過上面的幾個經常使用的狀況，還有不少狀況下可使用多線程。

3. 多線程的缺點
線程天然也有缺點，如下列出了一些：
A.若是有大量的線程，會影響性能，由於操做系統須要在他們之間切換；
B.更多的線程須要更多的內存空間；
C.線程會給程序帶來更多的bug，所以要當心使用，好比：線程任務在執行完成後，要及時釋放內存；
D.線程的停止須要考慮其對程序運行的影響。

4. .NET中的兩種多線程

.NET自己就是一個多線程的的環境。

在.NET中有兩種多線程的：

一種是使用Thread類進行線程的建立、啓動，終止等操做。

一種是使用ThreadPool類用於管理線程池.

5 .NET中使用Thread進行多線程處理

5.1 Thread類經常使用方法

.NET基礎類庫的System.Threading命名空間提供了大量的類和接口支持多線程。System.Threading.Thread類是建立並控制線程，設置其優先級並獲取其狀態最爲經常使用的類。

下面是該類幾個相當重要的方法：
Thread.Start（）：啓動線程的執行；
Thread.Suspend（）：掛起線程，或者若是線程已掛起，則不起做用；
Thread.Resume（）：繼續已掛起的線程；
Thread.Interrupt（）：停止處於Wait或者Sleep或者Join線程狀態的線程；
Thread.Join（）：阻塞調用線程，直到某個線程終止時爲止
Thread.Sleep（）：將當前線程阻塞指定的毫秒數；
Thread.Abort（）：以開始終止此線程的過程。若是線程已經在終止，則不能經過Thread.Start（）來啓動線程。

下面是一個簡單的線程示例： 

先建立一個方法:

//簡單線程方法
static void MyThreadStart()
{
    Console.WriteLine("我是一個簡單線程");
}

建立線程調用方法：

//簡單的線程
Thread myThread = new Thread(MyThreadStart);
myThread.Start();

運行結果以下：

5.2 Thread類經常使用屬性

Thread的屬性有不少，咱們先看最經常使用的幾個:

CurrentThread :用於獲取當前線程; 

ThreadState 當前線程的狀態（5.4介紹）；

Name：獲取或設置線程名稱；

Priority：獲取或設置線程的優先級（5.5介紹）

ManagedThreadId：獲取當前線程的惟一標識

IsBackground:獲取或設置線程是前臺線程仍是後臺線程（5.6介紹）

IsThreadPoolThread:獲取當前線程是不是託管線程池(後面章節會介紹)

下面建立一個線程示例，來講明這幾個屬性： 

Thread myThreadTest = new Thread(() =>
{
    Thread.Sleep(1000);
    Thread t = Thread.CurrentThread;
    Console.WriteLine("Name: " + t.Name);
    Console.WriteLine("ManagedThreadId: " + t.ManagedThreadId);
    Console.WriteLine("State: " + t.ThreadState);
    Console.WriteLine("Priority: " + t.Priority);
    Console.WriteLine("IsBackground: " + t.IsBackground);
    Console.WriteLine("IsThreadPoolThread: " + t.IsThreadPoolThread);
})
{
    Name = "線程測試",
    Priority = ThreadPriority.Highest
};
myThreadTest.Start();
Console.WriteLine("關聯進程的運行的線程數量："+System.Diagnostics.Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);

運行結果以下：

  

5.3 帶參數的線程方法 

首先咱們使用Lambda表達式來改寫前面「簡單線程」中無參數的方法，以下： 

//線程一
new Thread(()=>{
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        Console.WriteLine("個人線程一-[{0}]", i);
}).Start();

 運行結果以下：

上面示例建立的線程並無帶參數，若是是一個有參數的方法，線程該如何建立？

別擔憂，.NET爲咱們提供了一個ParameterizedThreadStart委託來解決帶一個參數的問題，以下：

//線程二
new Thread((num) =>{
    for (int i = 0; i < (int)num; i++)
        Console.WriteLine("個人線程二--[{0}]", i);
}).Start(5);

運行結果以下：

那麼問題來了，ParameterizedThreadStart委託只有一個包含數據的參數，對於多個參數呢？咱們可使用一個無參數的方法來包裝它，以下：

先建立一個帶參數的方法：

static void myThreadStart(int numA, int numB)
{
    for (int i = (int)numA; i < (int)numB; i++)
        Console.WriteLine("個人線程三---[{0}]", i);
}

而後經過無參數的委託來包裝它，以下：

//線程三
new Thread(() =>myThreadStart(0,5)).Start();

運行結果以下：

 

5.4  Thread狀態

咱們對於線程啓動之後，如何進行掛起和終止、從新啓用，首先線程在運行後有一個狀態。

System.Threading.Thread.ThreadState屬性定義了執行時線程的狀態。線程從建立到線程終止，它必定處於其中某一個狀態。

A.Unstarted：當線程被建立時，它處在Unstarted狀態。

B.Running：Thread類的Start() 方法將使線程狀態變爲Running狀態，線程將一直處於這樣的狀態，除非咱們調用了相應的方法使其掛起、阻塞、銷燬或者天然終止。

C.Suspended：若是線程被掛起，它將處於Suspended狀態。

D.Running：咱們調用resume（）方法使其從新執行，這時候線程將從新變爲Running狀態。一

E.Stopped：旦線程被銷燬或者終止，線程處於Stopped狀態。處於這個狀態的線程將不復存在，正如線程開始啓動，線程將不可能回到Unstarted狀態。

F.Background：線程還有一個Background狀態，它代表線程運行在前臺仍是後臺。在一個肯定的時間，線程可能處於多個狀態。

G.WaitSleepJoin、AbortRequested：舉例子來講，一個線程被調用了Sleep而處於阻塞，而接着另一個線程調用Abort方法於這個阻塞的線程，這時候線程將同時處於WaitSleepJoin和AbortRequested狀態。

H.一旦線程響應轉爲Sle阻塞或者停止，當銷燬時會拋出ThreadAbortException異常。

ThreadState枚舉的10種執行狀態以下：

 

對於線程阻塞和同步問題，將在下一節繼續介紹。

5.5. 線程優先級

對於多線程任務，咱們能夠根據其重要性和運行所須要的資源狀況，設置他的優先級
 System.Threading.ThreadPriority枚舉了線程的優先級別，從而決定了線程可以獲得多少CPU時間。

高優先級的線程一般會比通常優先級的線程獲得更多的CPU時間，若是不止一個高優先級的線程，操做系統將在這些線程之間循環分配CPU時間。

低優先級的線程獲得的CPU時間相對較少，當這裏沒有高優先級的線程，操做系統將挑選下一個低優先級的線程執行。

一旦低優先級的線程在執行時遇到了高優先級的線程，它將讓出CPU給高優先級的線程。

新建立的線程優先級爲通常優先級，咱們能夠設置線程的優先級別的值，以下面所示： 

對於線程的優先級咱們下面作一個實驗，開啓兩個線程（一個設置高優先級，另外一個設置低優先級）。

分別委託兩個方法進行累加，看一下最終結果，代碼以下：

int numberA = 0, numberB = 0;
bool state = true;
new Thread(() => { while (state)numberA++; }) { Priority = ThreadPriority.Highest, Name="線程A" }.Start();
new Thread(() => { while (state)numberB++; }) { Priority = ThreadPriority.Lowest , Name="線程B" }.Start();
//讓主線程掛件1秒
Thread.Sleep(1000);
state = false;
Console.WriteLine("線程A: {0}, 線程B: {1}", numberA, numberB);

運行結果以下：

.NET根據優先級分配了資源，能夠看到優先級較高的線程執行的機會較大，但優先級小的線程仍然有較多的機會執行。

5.6  前臺線程和後臺線程

線程有兩種，默認狀況下爲前臺線程，要想設置爲後臺線程也很是容易，只須要加一個屬性:thread.IsBackground = true;就能夠變爲一個後臺線程了。

重點來了，先後臺線程的區別：

A.前臺線程：應用程序必須執行完全部的前臺線程才能退出；

B.後臺線程：應用程序沒必要考慮其是否所有完成，能夠直接退出。應用程序退出時，自動終止後臺線程。

下面咱們使用一個輸出從0到1000的數字，來實驗一下前臺線程和後臺線程的區別： 

Thread myThread = new Thread(() =>{for (int i = 0; i < 1000; i++)Console.WriteLine(i);});         

var key = Console.ReadLine();
if (key == "1")
{
    myThread.IsBackground = true;
    myThread.Start();
}
else
{
    myThread.IsBackground = false;
    myThread.Start();
}

當咱們在控制檯等級輸入的時候，

若是輸入1（後臺線程），線程會很快關閉，並不會等輸出完1000個數字再關閉；

若是輸入其它，回車後，則線程會等1000個數字輸出完後，窗口關閉；

6. 本節要點：

A.本節主要介紹了線程的基本知識；

B.Thread經常使用的屬性、方法; 

C.Thread委託的方法有多個參數的用法；

D.Thread的優先級；

E.Thread的執行狀態；

F.前臺線程和後臺線程；

後面會繼續深刻介紹利用線程提升程序性能。

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