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C#教程之C#多线程编程笔记
在开发中经常有遇到因为程序执行的时间过长，而造成程序假死的情况，这是因为我们的程序是同步执行的，当执行到需要长时间的操作时，程序就会等待当前的操作完成，从而造成程序假死。C#的异步与多线程就是为了解决这个问题的。
- 什么是多线程，举个简单的例子，我们在做饭的时候，可以先煮好饭，然后炒菜，然后洗餐具，然后完成，每一个操作都是在前一个操作完成之后才能进行，这就叫做同步执行，我们也可以在边煮饭的同时炒菜，洗餐具，当所有的工作都做完的时候，饭也就做好了，在这个过程中，煮饭，炒菜是同时进行的，这个就是异步，多线程就类似于主线程在煮饭，然后另开一个新的线程用来炒菜。
- 多线程的优缺点，由上所述，多线程可以在新开的线程中执行操作，所以他不需要等到主线程完成，也不收主线程的影响，自然，也就不会造成程序假死的情况出现了。这样可以提高用户的交互体验，防止用户以为程序崩溃也不断重启。但是由于我们直接感受到的是主线程，而新开的线程其实是在后台执行的，所以，如果新开的线程出现了异常，我们很难再主线程中捕获，或者处理，同时新开一个线程也需要计算机硬件的支持，如果线程过多，可能会造成系统变得很卡，资源消费过多的现象。
- 什么情况下需要使用多线程的技术？根据多线程的特点，其实类似于一个后台执行的任务，所以一般在以下情况中会使用多线程技术。1、程序执行时间比较长，同时程序的结果不是那么重要，不应该是主线程等待结果的情况下，可以使用多线程异步执行。例如，登录之后的验证过程。2、需要定时刷新的功能，这些功能是定时循环执行，所以可以放在后台去异步执行，这样既能保证功能执行了，同时在执行的过程中也不会造成程序卡顿的现象。3、后台任务，程序只需要执行相关的功能，不需要接收执行结果。例如发送一条短信，我们只需要发送出去即可，不需要知道用户是否接收到了短信，这样的情况下可以使用异步发送。其他情况可以参考以上的情况来决定是否需要使用多线程。
多线程编程示例
.Net提供了多种方式实现多线程的编程，包括线程池，Thread，Task等方法，下面对应这些方法给出简单的示例。
首先，建立一个功能类，此类的作用是多线程需要执行的方法，方法包括，无参数无返回值，有参数无返回值，无参数有返回值，有参数有返回值四种情况。
/// <summary>
/// 此类用于多线程测试的公用方法的定义
/// </summary>
public class CommonClass
{
//注意多线程使用的方法对应的参数类型应该为object
/// <summary>
/// 无返回值有参数的方法,用于无返回值的多线程的类型的使用
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
public void ShowName(object name)
{
Console.WriteLine("Your Name Is: {0}", name);
}
/// <summary>
/// 有返回值的方法,用于有返回值的多线程类型的使用
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
/// <returns></returns>
public string GetName(object name)
{
return name + "English's name is Lily";
}
}
上面的代码只有两个方法，都带参数，但是一个有返回值，一个没有返回值。对于无参数的方法，只需要把传入的参数设置为null即可。
- 使用ThreadPool实现多线程
ThreadPool顾名思义就是线程池，由于创建一个新的线程的代价比较大，所以如果没有必要，就不需要创建一个新的线程。线程池就是为此设计的，当新创建一个线程的时候，首先到线程池中查询是否有空闲线程，如有，则直接使用此线程，这样就避免了新创建一个线程，若无，则新创建一个线程，并加入到线程池中，当线程执行结束之后，当前线程变为空闲线程，并放入线程池，等待下一个调动。当创建的线程数超过线程池允许的最大线程数之后，线程就需要排队，等待空闲线程的出现。
/// <summary>
/// 线程池实现多线程的定义
/// 线程池与Thread的区别在于,Thread每次都是新建一个线程,执行完成后就销毁
/// 而线程池有一个最大线程数,会在池内空闲线程数不够的时候创建新的线程,并存入
/// 线程池,线程执行完成后并不会销毁,而是存入线程池,作为空闲线程,等待下一次调用,
/// 超过线程池最大线程数时,不会再创建新的线程,而是排队等待新的空闲线程,因此,
/// 线程池比Thread的性能更好
/// </summary>
public class ThreadPoolTest
{
//和Thread一样,线程池只能创建无返回值和最多带一个参数的多线程方法
public void CreateThread()
{
//ThreadPool.SetMaxThreads(10, 10);//设置线程池最大线程数的方法
//ThreadPool.SetMinThreads(5, 5);//设置线程池最小线程数的方法
var com = new CommonClass();
for (int i = 2; i < 7; i++)
{
//往线程池中添加5个方法,但是线程池中不一定会创建5个线程
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(com.ShowName), i.ToString());
}
}
}
线程池的方法可以有参数，但是不能有返回值，或者只能返回void。
- Thread类实现多线程
Thread用于创建一个线程，他与线程池的区别就在于，他每次都会新创建一个线程，执行完成之后销毁线程。不存在等待空闲线程的概念，性能取决于硬件设备的性能。
/// <summary>
/// 此类用于多线程的Thread类实现测试
/// </summary>
public class ThreadTest
{
//Thread不能创建带有返回值的多线程方法,如果需要请使用Task
/// <summary>
/// 用于创建多线程并行的代码
/// </summary>
public void CreateThread()
{
var com = new CommonClass();
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
//ParameterizedThreadStart类型用于定义一个带参数的方法的线程,如果需要定义不带参数的多线程实现,请使用ThreadStart
//同时参数只能有一个,如果需要使用多个参数,请使用其他多线程实现方法,或将多个参数直接封装为一个Class进行传递
Thread t = new Thread(new ParameterizedThreadStart(com.ShowName));
t.Start(i.ToString());
}
}
}
上面代码中红字部分为要执行的方法，从字面意思即可知道，这个方法是需要定义参数的，如果需要定义无参数的方法，则需要使用new ThreadStart(方法名)，t.Start()方法用于开始执行线程，方法的参数即为调用的方法需要传入的参数。在上面的示例中，传入的参数即为ShowName方法所需的参数。和ThreadPool一样，Thread也是不能有返回值的。
- Task实现多线程
Task即为任务，也是实现多线程的一种方式，他定义的方法必须带一个object的参数，同时可以有返回值。
/// <summary>
/// 通过Task实现多线程的方法
/// Task相比Thread和ThreadPool的区别最直观的就在于可以实现带返回值的方法
/// </summary>
public class TaskTest
{
/// <summary>
/// 使用Task创建不带返回值的多线程
/// 此处的void也可以为Task,在async的异步编程中必须为Task
/// 具体实现请参考CreateReturTaskThread
/// </summary>
public void CreateNoReturnThread()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
//此处会形成一个闭包,所以多次返回的结果一样
Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("This Number is {0}", i);
});
//可以通过如下委托的方式解决上面的问题
//Action<int> act = (a) =>
//{
// Task.Run(() =>
// {
// Console.WriteLine("This Number is {0}", a);
// });
//};
//act(i);
}
}
/// <summary>
/// 返回Task的方法
/// </summary>
/// <returns></returns>
public Task CreateReturTaskThread()
{
return Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("This is a Method for return Task！");
});
}
/// <summary>
/// 创建返回具体值的方法
/// </summary>
/// <returns></returns>
public Task<string> CreateReturnNameThread()
{
return Task.Run(() =>
{
CommonClass com = new CommonClass();
string name = com.GetName("HoS ");
Thread.Sleep(5000);
return name;
});
}
}
在上面的示例中，既有返回void的方法，也有返回具体值的方法，使用Task.Run方法即可定义一个异步执行的方法。Run内部需要传入一个委托，来定义需要异步执行的功能，相比较Thread，代码的是想相对复杂，但是可以有返回值，同时创建一个任务相比建创建一个线程的开销小很多。
- async与await关键字
在C#4.0以后为简化异步操作，添加可async与await两个关键字，这两个关键字的内部也是通过Task来实现异步操作，但是如果不添加这两个关键字，那么方法就会以同步执行的方式来执行。同时await会等待方法执行的结果，但是在等待的过程中，不会阻塞主线程，也就不会造成程序假死的现象。
/// <summary>
/// 此类用于测试.Net4.0的async实现异步编程的方法
/// </summary>
public class AsyncTest
{
//1.定义一个返回值为Task<T>的方法
public Task<int> GetSum(List<int> list)
{
return Task.Run(() =>
{
return list.Sum();
});
}
//2.定义一个标识了async的方法
/// <summary>
/// 此方法用async标识,代表这是一个异步执行的方法,此方法不会阻塞当前线程
/// </summary>
public async void ShowSum()
{
List<int> list = new List<int>{ 5, 15, 12, 7, 9, 13, 6, 21 };
//此代码加了await标识,与async配合使用,代表这是一个异步的方法,
//如果不加await方法,则此处代码会同步执行
//需要注意的是await后面的方法需要等到await执行完成之后才会继续执行,
//而不是和后面的代码一起执行,也就是说这里实现了间接的多线程的同步的功能,
//同时不会卡住主线程,可以解决Winform项目中界面的假死的问题
//因为使用了await关键字,所以不需要在使用.Result来获取Task的结果了
int result = await GetSum(list);
Console.WriteLine("Result is {0}",result);
}
}
如上代码所示async是需要添加在方法的定义上面，同时微软建议，所有的async标识的方法返回的都应该是Task<T>如果是返回void则返回Task，上面的方法仅做演示所以未遵照此要求，需要注意。await关键字放在需要异步执行的方法之前即可。
以上就是几种实现多线程的方式。调用的方法也很简单
//注意:多线程由于是异步执行，所以可能造成无法预知的执行顺序,即以下代码每次执行的结果都可能不同
//1.Thread实现
//ThreadTest.Common.ThreadTest tt = new Common.ThreadTest();
//tt.CreateThread();
//2.ThreadPool实现
//ThreadPoolTest tpt = new ThreadPoolTest();
//tpt.CreateThread();
//3.Task实现
//3.1 无返回值的实现
//TaskTest tt = new TaskTest();
//tt.CreateNoReturnThread();
//3.2 返回一个Task的实现
//var result = tt.CreateReturTaskThread();
//3.3 返回一个Task<T>的实现
//var result = tt.CreateReturnNameThread();
//Console.WriteLine(result.Result);
//4.async的实现
//var at = new AsyncTest();
//at.ShowSum();
//5.多线程的同步实现
//5.1 AutoResetEventTest
//LockTest lt = new LockTest();
//lt.AutoResetEventTest();
//5.2 MutexTest
//lt.MutexTest();
//5.3 MulLock
//lt.MulLock();
//5.3 ManualResetEvent实现线程的手动挂起
//lt.MulLockM();
AsyncTest at = new AsyncTest();
at.ShowSumNo();
Console.ReadKey();
上面的代码仅供学习使用，如果需要更加深入的了解各种方式，请参考相关的教程，谢谢!
