多线程编程技术

• 前言
• 线程与创建多线程
• • 进程
  • 线程
  • 创建多线程应用程序
• 线程状态和生命周期
• • 线程的生命周期的执行状态
• 线程同步和通信
• • 使用lock语句同步代码块
  • 使用其他方法同步代码块
  • 同步事件和等待句柄
  • 使用Mutex同步代码块
• 线程池
• 定时器
• 并行处理和异步处理

前言

线程与创建多线程

线程状态和生命周期

线程同步和通信

线程池

定时器

并行处理和异步处理

线程与创建多线程

进程

• 操作系统中正在执行的不同应用程序的一个实例

线程

• 操作系统分配处理器时间的基本单元

• 维护异常处理程序、调度优先级和一组系统用于在调度该线程

• 前保存线程上下文的结构

• 操作系统和处理器

• 线程处理使程序能够执行并发处理，因而特别适合需要同时执行多个操作的场合

• 多线程处理可解决用户响应性能和多任务的问题，但同时引入了资源共享和同步问题等问题，占用资源和处理器调度实际大，影响运行性能

创建多线程应用程序

• 应用程序运行时，创建新的应用程序域
• 运行环境调用应用程序的入口点（Main方法）时，将创建应用程序主线程

static void Main(){Console.WriteLine("主线程：开始……");Thread.Sleep(5000); // 主线程睡眠5秒钟Console.WriteLine("主线程：结束！");Console.ReadKey();}

• System.Threading命名空间提供支持多线程编程的类和接口

• 创建新线程：

• 创建一个将在主线程外执行的函数，即类的方法，用于执行新线程要执行的逻辑操作

• 在主线程（Main方法）中创建一个Thread的实例，指向步骤1中的函数
  Thread newThread = new Thread(anObject.AMethod)

• 调用步骤2中创建的Thread的实例的Start()方法，以启动新线程
  newThread.Start()

 static void Main(){Console.Write("Main线程开始。"); Thread t = new Thread(DoWork); //创建线程对象实例t.Start(); //启动工作线程for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.Write("M"); Thread.Sleep(500); }Console.Write(" Main线程结束。"); Console.ReadKey();}public static void DoWork(){Console.Write("工作线程开始。");for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.Write("W"); Thread.Sleep(500);}Console.Write(" 工作线程结束。");}

线程状态和生命周期

线程的生命周期的执行状态

Unstarted, Running, Suspended, Aborted, Stopped, ……

• 通过执行相应的操作，线程可以转换为对应的状态

• 创建新线程→Unstarted

• 线程响应Suspend请求→ Suspended

• 另一个线程调用Abort → AbortRequested

• 线程被终止→ Stopped

• 通过Thread对象实例的方法

• 设置或获取线程属性
  t.name, t.Priority, t.IsBackground…

• 操作线程
  t.Start() →启动
  t.Abort() →停止
  t.Suspend() →挂起
  t.Resume() →继续线程

• 休眠（暂停）
  静态方法Thread.Sleep()和Thread.Sleep()强制当前正在执行的线程休眠

• 线程让步
  Thread.Yield()

• 线程加入
  t.Join()，让包含代码的线程（即当前线程）“加入”到另外一个线程的尾部

• 线程中断
  Interrupt()，以在线程受到阻塞时抛出一个中断信号，这样线程就得以退出阻塞的状态

• 线程终止/销毁
  Abort()，永久地停止托管线程

• 前台线程和后台线程

• 前台线程是通常意义的线程，从主线程进入，主线程中可以创建新的用户线程

• 后台线程是一个服务线程，具有最低的优先级
  通过设置线程的IsBackground属性为true来设置后台线程

线程同步和通信

• 线程优先级和线程调度

• 在运行库内创建的线程最初被分配 Normal 优先级，通过线程的Priority属性可以获取和设置其优先级

• 线程同步处理

• 当多个线程可以调用单个对象的属性和方法

• 一个线程可能会中断另一个线程正在执行的任务，使该对象处于一种无效状态

• • lock语句同步代码块，监视器同步代码块

使用lock语句同步代码块

• lock关键字可以确保当一个线程位于代码的临界区时，另一个线程不会进入该临界区

• lock语句以关键字lock开头，并以一个对象作为参数，在该参数的后面为线程互斥的代码块

private Object thisLock = new Object();
lock (thisLock)
{……
}

使用其他方法同步代码块

使用监视器（Monitor）
调用Monitor.Enter方法，允许一个且仅一个线程继续执行后面的语句；其他所有线程都将被阻止，直到执行语句的线程调用Exit

使用MethodImplAttribute特性实现方法同步处理

使用SynchronizationAttribute特性实现类同步处理

同步事件和等待句柄

• 同步事件允许线程通过发信号互相通信，从而实现线程需要独占访问的资源的同步处理控制

• 同步事件有两种：
  AutoResetEvent（自动重置的本地事件）
  ManualResetEvent（手动重置的本地事件）

• 每种事件的两种状态：
  收到信号状态（signaled）
  未收到信号状态（unsignaled）

使用Mutex同步代码块

• 与监视器类似，用于防止多个线程在某一时间同时执行某个代码块
• 与监视器不同的是，mutex 可以用来使跨进程的线程同步

线程池

• 可以用来在后台执行多个任务的线程集合，这使主线程可以自由地异步执行其他任务

• 异步处理可不占用主线程，也不会延迟后续请求的处理

• 通常用于服务器应用程序

• 可使用ThreadPool类创建线程池

定时器

• System.Threading.Timer是一种定时器工具，用来在一个后台线程计划执行指定任务

• Timer提供以指定的时间间隔执行方法的机制

• TimerCallback timerCB=new TimerCallback(PrintTime);

• Timer timer1 = new Timer(timerCB,”timer1”,0,1000);

并行处理和异步处理

• 并行处理

• 基于Task Parallel Library（TPL，任务并行库），可以使多个独立的任务同时运行

• 隐式创建和运行任务

• 使用Parellel的静态方法Invoke

• 显式创建和运行任务

• 命名空间System.Threading.Tasks的Task类和Task类

• 异步处理

• 无须等待方法执行完毕，在执行异步方法的同时，可继续执行其他处理

• 通过委托实现异步方法调用

• async和await关键字