C# 基礎知識系列- 12 任務和多線程

0. 前言

照例一份前言，在介紹任務和多線程以前，先介紹一下異步和同步的概念。咱們之間介紹的知識點都是在同步執行，所謂的同步就是一行代碼一行代碼的執行，就像是咱們平常乘坐地鐵經過安檢通道同樣，想象咱們每一個人都是一行代碼，咱們依次經過安檢儀器的時候就是同步。

那麼，什麼是異步呢？有一個時間利用率的故事，講的是在燒水的同時，順便準備茶葉，清洗茶杯等工序能夠節省時間。這個故事就是異步的一個典型範例。異步通俗的將就是不暫停也不等待當前耗時的流程執行完成，繼續執行後續的流程。

那麼這和任務與多線程有什麼關係呢？在C#中，基於任務能夠很簡單的建立一個異步程序或者異步方法；同時任務也是一個簡單的多線程模式。不過值得注意的是，C#的異步能夠由多線程實現，但多線程更多的是用來實現並行。所謂並行，顧名思義，就是多任務同時執行，這裏的任務指的是程序須要完成的事，而不是C#中的任務機制。

這一篇是《C#基礎知識系列》的一篇，簡單介紹一下如何建立、使用任務和多線程，這部分的內容不少，包括有不少注意事項，將會另開一個系列專門講解C#的異步和並行編程，名字暫定爲《C#異步編程系列》。

1. 線程

瞭解過計算機的人可能知道程序最小執行單元是線程，最小資源分配單位是進程。進程裏必然至少有一個線程，而一個程序也必然至少有一個進程。這裏不過多的介紹進程和線程的區別於關係，只須要記着線程是程序最小執行單元，咱們在開發中最經常使用的也是線程。

在不少不太嚴謹的編程教程中，都會把多線程和並行化做等號。可是這裏有一個很微妙的區別，對於單核CPU來講，多進程和多線程同樣，都不會產生並行的效果；對於多核CPU而言，多進程必然是並行的，可是多線程則不必定並行。因此C#中，線程更多的用做異步處理上，而不是並行計算上。

在C#程序中，須要引用System.Threading。C#的入門級線程操做只須要知道Thread類、一個帶參數的無返回值方法和一個不帶參數的無返回值方法，這三個要點就能夠了。

1.1 建立一個線程

var thread = new Thread(() =>
{
});

以上示例代碼演示了若是建立一個線程。但建立了線程，並不表明線程就會運行。

說到這裏就必須說一下線程的狀態，通常狀況線程分爲五個階段，也就是五種狀態：分別是準備、就緒、運行、阻塞、死亡。固然在不一樣的地方，狀態可能會細分爲更多的級別，這裏只作初步的介紹。狀態之間的切換以下：

線程的狀態之間切換順序有着嚴格的限制，並且只能從就緒態由CPU切換到運行態，運行態沒法從其餘狀態切換過去，並且這一步的切換開發者不能控制。

如今，咱們回到線程的建立方法，先來看看Thread構造方法的聲明：

public Thread (System.Threading.ParameterizedThreadStart start);
public Thread (System.Threading.ThreadStart start);

碰到了兩個沒見過的類型，咱們繼續看看？

public delegate void ParameterizedThreadStart(object obj);
public delegate void ThreadStart();

到這裏，線程的建立爲咱們揭開了它的謎底。根據以前《C# 基礎知識系列- 11 委託和事件》那篇的介紹，咱們能夠很明確的獲得 ThreadStart是一個 無返回值也沒有參數的委託，而ParameterizedThreadStart表示有一個object的參數。因此，建立線程的時候，能夠直接傳一個方法進去。

有的同窗可能要問了，爲何建立線程的委託參數那麼少？這裏涉及到一個併發概念，由於線程訪問過多的主線程可能會致使鎖，因此最佳的線程實踐就是讓線程的運行保持一個相對封閉的環境。

固然，C#的線程其實放寬了這部分的限制，這部分將在《C#異步編程系列》中繼續探討。

如今咱們回過頭來，再看看如何建立一個標準的線程：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var thread1 = new Thread(ThreadTest1);
        var thread2 = new Thread(ThreadTest2);
    }

    /// <summary>
    /// 不帶參數的線程
    /// </summary>
    public static void ThreadTest1()
    {
        // 業務代碼
    }
    /// <summary>
    /// 帶參數的線程
    /// </summary>
    /// <param name="obj"></param>
    public static void ThreadTest2(object obj)
    {
        //業務代碼
    }
}

其中thread1就是一個沒有參數的線程，thread2是一個帶參數的線程。

注：Main方法是C#程序入口的固定寫法，以前全部的示例代碼都是在這個方法裏執行的，後續這部分會在《C#基礎篇之開發工具和項目的基本結構》這一篇中詳細介紹，這裏先記住這是一個固定寫法。

1.2 啓動並使用線程

在啓動線程以前，咱們先介紹一個概念：主線程。主線程指伴隨着當前程序啓動而啓動的線程，以代碼來看就是Main方法所在線程。

線程經過調用Thread.Start方法，來將線程標記爲就緒態。

注意：線程不能直接進入運行態，該狀態只能由CPU決定。

因此上一小節的建立的兩個線程能夠經過如下方式通知已經準備就續：

thread1.Start();

咦？是否是少了一個？注意力集中的小夥伴會發現，我沒有演示thread2的調用方法。thread2與threa1有個不一樣的地方，thread2的委託參數有一個參數。那麼必然Start也有一個對應的帶參版本的重載，因此thread2就會有如下兩種調用方式：

thread2.Start();

或

object obj;// 省略來源
thread2.Start(obj);

兩種方法有什麼區別嗎？

有，可是區別不大。第一種調用方式對於方法ThreadTest2而言就是參數爲null,第二種就是參數爲obj的值。因此第一種調用約等於thread2.Start(null)。

1.3 暫停或銷燬線程

這一小節的標題是，暫停或銷燬線程。當線程運行起來後，若是沒有突發狀況或者外力干涉會直接運行到結束。這時候，後續程序以爲這個線程執行時間過長，須要暫停或者取消線程的執行，那麼就須要瞭解一下如何暫停或者銷燬線程了。

thread1.Suspend();//掛起
thread1.Resume();//繼續

中斷線程，也就是終止線程：

thread1.Abort();// 已掛起的線程沒法中斷

強制終止銷燬：

thread1.Interrupt();//在執行中的線程沒法終止

以上是線程操做的基本概念，這部分並非爲了能讓你們精通多線程，這是爲了讓你們有個初步概念。在C# 中，建立一個線程須要傳遞一個委託進去，由於委託的性質，並無限制是不是靜態方法，因此這裏也能夠傳一個對象的方法。固然了，咱們十分不提倡這樣作，由於會致使一些多線程領域裏的一些問題。

2. 任務

C#中的任務與線程的區別不是很大，由於C#的任務就是基於線程實現的，而任務比線程更友好，使用也更方便，固然使用也更加複雜。不過對於開發者而言，任務取消了線程的狀態切換，只保留了有限的一部分。並且，在C# 更推薦使用任務，任務也是對線程的進一步抽象和改進。

2.1 建立一個任務

如線程相同的一點是，任務的建立也是經過傳遞一個方法（嚴格上講是一個委託）。不一樣的是，線程的委託沒有返回值並且也不接受從線程返回的值，而任務則不一樣，調用方能夠期待任務是有返回值的並且也能夠正常使用。

咱們先來看看任務是什麼，任務的命名空間System.Threading.Tasks，任務的類有如下兩種聲明：

public class Task : IAsyncResult, IDisposable;
public class Task<TResult> : System.Threading.Tasks.Task;

第一個，沒有泛型的Task類表示一個沒有返回值的任務；

第二個，泛型Task類表示該任務有一個返回值，返回值的類型爲傳遞進來的泛型參數。

兩個任務類的初始化相似於Thread類，不過與之不一樣的是 泛型Task的參數是Func，都有一個帶Object參數的委託。

與線程不一樣，任務的建立就有不少種方法：

1 經過構造函數建立

var task1 = new Task(() => { });
var task2 = new Task<int>(()=> 
{
    int i = 0;
    return i;
});

2 使用任務工廠：

var task1 = Task.Factory.StartNew(() => { });
var task2 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
    int i = 0;
    return i;
});

3 經過Task.Run建立：

var task1 = Task.Run(() => { });
var task2 = Task.Run(() =>
{
    int i = 0;
    return i;
});

以上三種方式建立的任務是等效的。固然實際上任務的建立並不是只有這麼幾種，但這幾種是任務建立的基礎，使用頻率至關高。

2.2 執行任務

與線程不一樣的是，任務建立完成以後就會自動執行，不須要調用方法。

關於任務的運行有如下須要注意的地方：

1. 任務的運行不會阻塞主線程；
2. 主線程結束後，任務必定也會結束；

任務能夠IsCompleted屬性肯定任務是否執行完成，因此能夠經過訪問任務對象的IsCompleted確認該任務是否執行完成，但有一個問題，這個屬性只會表示當前任務是否完成。因此若是須要等待任務完成，則能夠經過訪問Wait()方法，強制主線程等待任務結束。

若是使用的任務是泛型Task也就是待返回值的任務，能夠經過訪問Result屬性獲取任務執行結果。有意思的地方就是，這個屬性能獲取到結果的時候，也是任務執行完成的時候，因此不須要調用Wait()或IsCompleted來判斷任務是否完成。

注：經過構造方法建立的任務須要調用 Start方法才能啓動，而經過Task.Run和Task.Factory.StartNew建立的則不須要。

3. 總結

C#中任務基於線程，對其作了更多的抽象和封裝，將線程的粒度進一步細分。因此線程在C#中就沒有那麼重要了，任務逐漸替代了線程在C#程序中的地位。

任務與線程，有共通的地方，也有徹底不同的地方。線程的運行環境相對封閉，因此線程出現錯誤致使線程中斷，不會影響主線程的運行。但任務則不同了，任務與主線程的關聯性更大，一旦任務出現異常致使任務中斷，若是沒有正確處理，則會影響主線程的運行。

以上是本篇的所有內容，也請你們期待一下《C#異步編程系列》吧。

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