1,、定義

線程是操作系統(tǒng)分配CPU時間片的基本單位，每個運行的引用程序為一個進程,，這個進程可以包含一個或多個線程,。

線程是進程中的執(zhí)行流程，每個線程可以得到一小段程序的執(zhí)行時間,，在單核處理器中,，由于切換線程速度很快因此感覺像是線程同時允許，其實任意時刻都只有一個線程運行,，但是在多核處理器中,，可以實現(xiàn)混合時間片和真實的并發(fā)執(zhí)行。但是由于操作系統(tǒng)自己的服務或者其他應用程序執(zhí)行,，也不能保證一個進程中的多個線程同時運行,。

線程被一個CLR委托給操作系統(tǒng)的進程協(xié)調(diào)函數(shù)管理，確保所有線程都可以被分配適當?shù)膱?zhí)行時間,，同時保證在等待或阻止的線程不占用執(zhí)行時間,。

2、理解

線程與進程的關鍵區(qū)別是：進程是彼此隔離的,，進程是操作系統(tǒng)分配資源的基本單位,，而同一個進程中的多個線程是共享該進程內(nèi)存堆區(qū)（Heap）的數(shù)據(jù)的，可以進行直接的數(shù)據(jù)共享,。但是對于同一進程內(nèi)的不同線程維護各自的內(nèi)存棧（Stack）,，因此各線程的局部變量是隔離的。通過下面的例子可以看出,。

 

[csharp] view plaincopyprint?

1. static void Main(string[] args)
2. {
3. Thread t = new Thread(Write);
4. t.Start();
5. Write();
6. Console.ReadKey();
7. }
8. 
   
9. static void Write()
10. {
11. for (int i = 0; i < 5; i++)
12. Console.Write("@");
13. }

結(jié)果輸出的是10個“@”,，在兩個線程中都有局部變量i，是彼此隔離的,。但是對于共享的引用變量和靜態(tài)數(shù)據(jù),，多個線程是會產(chǎn)生不可預知的結(jié)果的，這里共享的數(shù)據(jù)也就是“臨界數(shù)據(jù)”,，從而引發(fā)了線程安全的概念,。

[csharp] view plaincopyprint?

1. static bool done;
2. static void Main(string[] args)
3. {
4. Thread t = new Thread(Write);
5. t.Start();
6. Write();
7. Console.ReadKey();
8. }
9. 
   
10. static void Write()
11. {
12. if (!done)
13. {
14. done = true;
15. Console.Write("@");
16. }
17. }

這里輸出的只有一個字符，但是很可能在極少數(shù)情況下會出現(xiàn)輸出兩個字符的情況,，而且這是不可預知的,。但是，對于共享的引用就不會出現(xiàn)這種情況,。

二,、線程使用情形

• 客戶端應用程序保持對用戶的響應：由于某些應用程序的特定需求，多線程程序一般用來執(zhí)行需要非常耗時的操作,，此時使用主線程創(chuàng)建工作線程在后臺執(zhí)行耗時的任務,，而主線程保持運行，例如保持與用戶的交互（更新進度條,、顯示提示文字等）,，這樣可以防止由于程序耗時而被操作系統(tǒng)提示“無響應”而被用戶強制關閉進程。
• 及時處理請求：對于Web應用程序,，主線程相應客戶端用戶的請求,，返回數(shù)據(jù)的同時，工作線程從數(shù)據(jù)庫選出最新數(shù)據(jù),。這樣可以對某些實時性要求高的應用非常有效,，同時可以查詢工作量被單獨線程分開執(zhí)行，特別是在多核處理器上,，可以提高程序的性能,。同時對于服務器需要處理多種類型的請求的時候，如ASP.NET,、WCF,、Remoting等，從而可以實現(xiàn)并發(fā)響應,。
• 防止一個線程長時間沒有響應而阻塞CPU來提高效率：例如WebService服務,，對于沒有用戶交互界面的訪問，在等待提供webservice服務（比較耗時）的電腦的響應的同時可以執(zhí)行其他工作,，以提高效率,。

問題：

多線程的問題是使程序中的多個線程的交互變得過于復雜，會帶來較長的開發(fā)時間和間歇性或非重復性的bug,。同時線程數(shù)目不能太多,，否則頻繁的分配和切換線程會帶來資源和CPU的開銷，一般有一個到兩個工作線程就足夠,。

三,、C#中的線程

C#中主要使用Thread類進行線程操作，位于System.Threading命名空間下,，提供了一系列進行多線程編程的類和接口,，有線程同步和數(shù)據(jù)訪問的Mutex、Monitor,、Interlocked和AutoResetEvent類,，以及ThreadPool類和Timer類等。

首先使用new Thread()創(chuàng)建出新的線程，然后調(diào)用Start方法使得線程進入就緒狀態(tài),，得到系統(tǒng)資源后就執(zhí)行,，在執(zhí)行過程中可能有等待、休眠,、死亡和阻塞四種狀態(tài),。正常執(zhí)行結(jié)束時間片后返回到就緒狀態(tài)。如果調(diào)用Suspend方法會進入等待狀態(tài),，調(diào)用Sleep或者遇到進程同步使用的鎖機制而休眠等待,。具體過程如下圖所示：

Thread類主要用來創(chuàng)建并控制線程，設置線程的狀態(tài),、優(yōu)先級等,。創(chuàng)建線程的時候使用ThreadStart委托或者ParameterizedThreadStart委托來執(zhí)行線程所關聯(lián)的部分代碼（也就是工作線程的運行代碼）。

四、創(chuàng)建與運行設置

1,、創(chuàng)建

使用Thread類的構造函數(shù)創(chuàng)建線程的時候,，需要傳遞一個新線程開始執(zhí)行的代碼塊，提供了使用無參數(shù)的TheadStart委托和帶有一個參數(shù)的ParameterizedTheadStart委托,。他們的定義如下：

[csharp] view plaincopyprint?

1. public delegate void ThreadStart();
2. public delegate void ParameterizedThreadStart(object obj);

任何時候C#使用上述兩個委托中的一個自動進行線程的創(chuàng)建,。

[csharp] view plaincopyprint?

1. static void Main()
2. {
3. Thread t = new Thread(new TheadStart(Go));
4. t.Start();
5. Go();
6. }
7. static void Go()
8. {
9. Console.Write("hello!");
10. }

上述方式不傳遞參數(shù)，可以使用new Thead(Go)的方式直接創(chuàng)建,，此時C#會在編譯時自動匹配使用的是ThreadStart委托創(chuàng)建的,。下面可以進行傳遞參數(shù)創(chuàng)建線程。

[csharp] view plaincopyprint?

1. static void Main()
2. {
3. Thread t = new Thread(Go);
4. t.Start("hello");
5. Go();
6. }
7. static void Go(object msg)
8. {
9. string message = (string)msg;
10. Console.Write(message);
11. }

此時實際在編譯時使用的new Thread(new ParameterizedThreadStart(Go("hello")))創(chuàng)建的,，上述使用Start方法傳遞的參數(shù)會默認采用這種方式構建,。

第二種方法是使用Lambda表達式：

[csharp] view plaincopyprint?

1. new Thread( () => Go("hello") );

第三種方法是使用匿名方法：

[csharp] view plaincopyprint?

1. new Thread( () => {
2. Console.Write("hello world!");
3. ......
4. }).Start();

注意問題：使用Lambda表達式的時候會存在變量捕獲的問題，如果捕獲的變量是共享的,，會出現(xiàn)線程不安全的問題,。看下面的例子：

[csharp] view plaincopyprint?

1. static void Main(string[] args)
2. {
3. for (int i = 0; i < 10; i++)
4. new Thread(() => Write(i)).Start();
5. Console.ReadKey();
6. }
7. 
   
8. static void Write(object obj)
9. {
10. string msg = Convert.ToString(obj);
11. Console.Write(msg);
12. }

上述由于使用Lambda表達式傳遞參數(shù),，在for循環(huán)的作用域內(nèi),，新建的十個線程共享了局部變量i，傳遞進入i參數(shù)可能被多個線程已經(jīng)修改,，因此每次輸出結(jié)果都是不確定的,，兩次結(jié)果如下：

上述問題，可以使用在循環(huán)體內(nèi)使用一個tmp變量保存每次的變量i值,，這樣輸出的就是0到9這十個數(shù),。因為使用tmp變量之后的代碼可以用下面的來理解：

[csharp] view plaincopyprint?

1. int i = 0;
2. int tmp = i;
3. new Thread(()=>Write(tmp)).Start();
4. 
   
5. int i = 1;
6. int tmp = i;
7. new Thread(()=>Write(tmp)).Start();
8. 
   
9. ...

上述使用Lambda表達式傳遞參數(shù)的問題,，使用Start方法傳遞參數(shù)也會出現(xiàn)這樣的線程不安全的問題，需要使用特殊的線程同步手段進行避免,。

2,、設置

通過使用Thread.CurrentThread屬性獲取正在運行的線程對象。每個線程都有一個Name屬性,，可以設置和修改,，但是只能設置一次,。這樣可在調(diào)試窗口看到每個線程的工作狀態(tài),，便于調(diào)試。

線程有前臺和后臺之分,，可以使用IsBackground屬性設置,，但是這個屬性與線程的優(yōu)先級是沒有關聯(lián)的。前臺線程只要有一個在運行應用程序就在運行,，當沒有前臺線程運行后應用程序終止,，也就是在任務管理器中的程序一欄中沒有了此程序，但是此時后臺線程任然運行直到其完成操作結(jié)束,，因此在任務管理器的進程一欄中會找到,。

[csharp] view plaincopyprint?

1. static void Main(string[] args)
2. {
3. Thread.CurrentThread.Name = "main";
4. 
   
5. Thread t = new Thread(Go);
6. t.Name = "worker";
7. t.Start();
8. 
   
9. Go();
10. Console.ReadKey();
11. }
12. static void Go()
13. {
14. Console.WriteLine("from " + Thread.CurrentThread.Name);
15. Console.WriteLine("background status: " + Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString());
16. }

前臺或主線程明確等待任何后臺線程完成后再結(jié)束才是最好的方式，這大多使用Join方式實現(xiàn),，如果某個工作線程無法實現(xiàn),，可以先終止它，如果失敗再拋棄線程,，從而與進程一起消亡,。

線程的優(yōu)先級使用Priority設置或獲取，只有在運行時才有作用,。分為5個級別：

[csharp] view plaincopyprint?

1. enum ThreadPriority{Lowest, BelowNormal , Normal, AboveNormal, Highest}

線程優(yōu)先級設置高并不意味著能執(zhí)行實時的工作,，這受限于所屬進程的級別，要執(zhí)行實時的工作需要提示System.Diagnostics命名空間下的Process級別：

[csharp] view plaincopyprint?

1. using (Process p = Process.GetCurrentProcess())
2. p.PriorityClass = ProcessPriorityClass.High;

設置為High是一個短暫的最高優(yōu)先級別,，如果設置為Realtime,，那么將讓操作系統(tǒng)不然該進程被其他進程搶占，因此如果此程序一旦出現(xiàn)故障將耗盡操作系統(tǒng)資源,。因此設置為High就是被認為最高和最有用的進程級別了,。

對于有用戶界面的程序不適合提升進程級別，因為界面UI的更新需要耗費CPU很多時間,，從而拖慢電腦,。最好的方式是實時工作和用戶界面使用不同的進程，有不同的進程優(yōu)先級,，通過Remoting或者共享內(nèi)存的方式進行進程通信,。

線程執(zhí)行先運行最高優(yōu)先級的線程,，高優(yōu)先級的線程執(zhí)行完之后才開始執(zhí)行低優(yōu)先級的線程。

3,、休眠

Thread.Sleep(int ms); Thread.Sleep(TimeSpan timeout);

上述方法為Thread類的兩個靜態(tài)方法,，用來阻止當前線程指定的時間。

4,、終止

使用Abort和Join兩個方法實現(xiàn),。Join會等待另一個線程執(zhí)行完后再執(zhí)行。而Abort會引發(fā)ThreadAbortException異常,，同時可以傳遞一個終止的參數(shù)信息,。

Thread.Abort();或者Thread.Abort(Object stateInfo)。

5,、異常處理

每個線程都有獨立的執(zhí)行路徑,，因此放在try/catch/finally塊中的新線程都與之無關。補救的方式是在每個線程處理的方法中加入自己的異常處理機制,。

[csharp] view plaincopyprint?

1. static void Main(string[] args)
2. {
3. try
4. {
5. new Thread(Go).Start();
6. }
7. catch (Exception ex)
8. {
9. Console.Write(ex.Message);
10. }
11. 
    
12. Console.ReadKey();
13. }
14. static void Go()
15. {
16. try
17. {
18. throw null;
19. }catch(Exception e){
20. Console.Write(e.Message);
21. }
22. }

上述處理過程在單獨的線程運行中進行異常處理是可以被捕獲到的,。同時任何線程內(nèi)的未處理的異常都會導致整個程序關閉，對于WPF和WinForm程序中的全局異常僅僅在主界面線程執(zhí)行,，對于工作線程的異常需要手動處理,。有三種情況可以不用處理工作線程的異常：異步委托、BackgroundWroker,、Task Parallel Library,。