C#多线程详细讲解2

C#多线程学习(四)多线程的自动管理(线程池)

在多线程的程序中，经常会出现两种情况：

一种情况：应用程序中，线程把大部分的时间花费在等待状态，等待某个事件发生，然后才能给予响应

这一般使用ThreadPool（线程池）来解决；

另一种情况：线程平时都处于休眠状态，只是周期性地被唤醒

这一般使用Timer（定时器）来解决；

ThreadPool类提供一个由系统维护的线程池（可以看作一个线程的容器），该容器需要 Windows 2000以上系统支持，因为其中某些方法调用了只有高版本的Windows才有的API函数。

将线程安放在线程池里，需使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法，该方法的原型如下：

//将一个线程放进线程池，该线程的Start()方法将调用WaitCallback代理对象代表的函数

publicstatic bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);

//重载的方法如下，参数object将传递给WaitCallback所代表的方法

publicstatic bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);

ThreadPool类是一个静态类，你不能也不必要生成它的对象。而且一旦使用该方法在线程池中添加了一个项目，那么该项目将是无法取消的。

在这里你无需自己建立线程，只需把你要做的工作写成函数，然后作为参数传递给ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了，传递的方法就是依靠WaitCallback代理对象，而线程的建立、管理、运行等工作都是由系统自动完成的，你无须考虑那些复杂的细节问题。

ThreadPool的用法：

首先程序创建了一个ManualResetEvent对象，该对象就像一个信号灯，可以利用它的信号来通知其它线程。

本例中，当线程池中所有线程工作都完成以后，ManualResetEvent对象将被设置为有信号，从而通知主线程继续运行。

ManualResetEvent对象有几个重要的方法：

初始化该对象时，用户可以指定其默认的状态（有信号/无信号）；

在初始化以后，该对象将保持原来的状态不变，直到它的Reset()或者Set()方法被调用：

Reset()方法：将其设置为无信号状态；

Set()方法：将其设置为有信号状态。

WaitOne()方法：使当前线程挂起，直到ManualResetEvent对象处于有信号状态，此时该线程将被激活。然后，程序将向线程池中添加工作项，这些以函数形式提供的工作项被系统用来初始化自动建立的线程。当所有的线程都运行完了以后，ManualResetEvent.Set()方法被调用，因为调用了ManualResetEvent.WaitOne()方法而处在等待状态的主线程将接收到这个信号，于是它接着往下执行，完成后边的工作。

ThreadPool的用法示例：

using System;using System.Collections;using System.Threading;namespace ThreadExample{    //这是用来保存信息的数据结构，将作为参数被传递    public class SomeState    {　　    public int Cookie;　　    public SomeState(int iCookie)　　    {        Cookie = iCookie;　　    }    }    public class Alpha    {　　public Hashtable HashCount;　　public ManualResetEvent eventX;　　public static int iCount = 0;　　public static int iMaxCount = 0;　　        public Alpha(int MaxCount) 　　{　        HashCount = new Hashtable(MaxCount);　        iMaxCount = MaxCount;　　}　　//线程池里的线程将调用Beta()方法　　public void Beta(Object state)　　{　　    //输出当前线程的hash编码值和Cookie的值　        Console.WriteLine(" {0} {1} :", Thread.CurrentThread.GetHashCode(),((SomeState)state).Cookie);      Console.WriteLine("HashCount.Count=={0}, Thread.CurrentThread.GetHashCode()=={1}", HashCount.Count, Thread.CurrentThread.GetHashCode());      lock (HashCount)       {　　　　    //如果当前的Hash表中没有当前线程的Hash值，则添加之　　　　    if (!HashCount.ContainsKey(Thread.CurrentThread.GetHashCode()))　　      　    HashCount.Add (Thread.CurrentThread.GetHashCode(), 0);　  　　    HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()] =             ((int)HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()])+1;　    　}          int iX = 2000;          Thread.Sleep(iX);          //Interlocked.Increment()操作是一个原子操作，具体请看下面说明          Interlocked.Increment(ref iCount);          if (iCount == iMaxCount)          {　    　    Console.WriteLine();　　　　    Console.WriteLine("Setting eventX ");　　　　    eventX.Set();   　    }　　  }  }        public class SimplePool        {            public static int Main(string[] args)            {                Console.WriteLine("Thread Pool Sample:");                bool W2K = false;                int MaxCount = 10;//允许线程池中运行最多10个线程                //新建ManualResetEvent对象并且初始化为无信号状态                ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);                Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);                Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount);                 //创建工作项                //注意初始化oAlpha对象的eventX属性                oAlpha.eventX = eventX;                Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");                try                {                    //将工作项装入线程池                     //这里要用到Windows 2000以上版本才有的API，所以可能出现NotSupportException异常                    ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta), new SomeState(0));                    W2K = true;                }                catch (NotSupportedException)                {                    Console.WriteLine("These API's may fail when called on a non-Windows 2000 system.");                    W2K = false;                }                if (W2K)//如果当前系统支持ThreadPool的方法.                {                    for (int iItem=1;iItem < MaxCount;iItem++)                    {                        //插入队列元素                        Console.WriteLine("Queue to Thread Pool {0}", iItem);                        ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta), new SomeState(iItem));                    }                    Console.WriteLine("Waiting for Thread Pool to drain");                    //等待事件的完成，即线程调用ManualResetEvent.Set()方法                    eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true);                    //WaitOne()方法使调用它的线程等待直到eventX.Set()方法被调用                    Console.WriteLine("Thread Pool has been drained (Event fired)");                    Console.WriteLine();                    Console.WriteLine("Load across threads");                    foreach(object o in oAlpha.HashCount.Keys)                        Console.WriteLine("{0} {1}", o, oAlpha.HashCount[o]);                }                Console.ReadLine();                return 0;            }        }    }}

 

程序中应该引起注意的地方：

SomeState类是一个保存信息的数据结构，它在程序中作为参数被传递给每一个线程，因为你需要把一些有用的信息封装起来提供给线程，而这种方式是非常有效的。

程序出现的InterLocked类也是专为多线程程序而存在的，它提供了一些有用的原子操作。

原子操作：就是在多线程程序中，如果这个线程调用这个操作修改一个变量，那么其他线程就不能修改这个变量了，这跟lock关键字在本质上是一样的。

Thread Pool Sample:Queuing 10 items to Thread PoolQueue to Thread Pool 0Queue to Thread Pool 1Queue to Thread Pool 2Queue to Thread Pool 3Queue to Thread Pool 4Queue to Thread Pool 5 2 0 :HashCount.Count==0, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==2Queue to Thread Pool 6Queue to Thread Pool 7Queue to Thread Pool 8Queue to Thread Pool 9Waiting for Thread Pool to drain 4 1 :HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==4 6 2 :HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==6 7 3 :HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==7 2 4 :HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==2 8 5 :HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==8 9 6 :HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==9 10 7 :HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==10 11 8 :HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==11 4 9 :HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==4Setting eventXThread Pool has been drained (Event fired)Load across threads11 110 19 18 17 16 14 22 2

 

我们应该彻底地分析上面的程序，把握住线程池的本质，理解它存在的意义是什么，这样才能得心应手地使用它。

C#多线程学习(五)多线程的自动管理(定时器)

Timer类：设置一个定时器，定时执行用户指定的函数。

定时器启动后，系统将自动建立一个新的线程，执行用户指定的函数。

初始化一个Timer对象：

Timertimer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);

// 第一个参数：指定了TimerCallback委托，表示要执行的方法；

// 第二个参数：一个包含回调方法要使用的信息的对象，或者为空引用；

// 第三个参数：延迟时间——计时开始的时刻距现在的时间，单位是毫秒,指定为“0”表示立即启动计时器；

// 第四个参数：定时器的时间间隔——计时开始以后，每隔这么长的一段时间，TimerCallback所代表的方法将被调用一次，单位也是毫秒。指定Timeout.Infinite可以禁用定期终止。

Timer.Change()方法：修改定时器的设置。（这是一个参数类型重载的方法）

使用示例： timer.Change(1000,2000);

Timer类的程序示例(来源：MSDN)：

using System;using System.Threading;namespace ThreadExample{    class TimerExampleState     {　　    public int counter = 0;　　    public Timer tmr;    }    class App     {　　    public static void Main()　　    {　　        TimerExampleState s = new TimerExampleState();　　        //创建代理对象TimerCallback，该代理将被定时调用　　        TimerCallback timerDelegate = new TimerCallback(CheckStatus);            //创建一个时间间隔为1s的定时器            Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);            s.tmr = timer;            //主线程停下来等待Timer对象的终止            while(s.tmr != null)            Thread.Sleep(0);            Console.WriteLine("Timer example done.");            Console.ReadLine();　　    }　　    //下面是被定时调用的方法　　    static void CheckStatus(Object state)　　    {            TimerExampleState s =(TimerExampleState)state;            s.counter++;            Console.WriteLine("{0} Checking Status {1}.",DateTime.Now.TimeOfDay, s.counter);            if(s.counter == 5)            {                //使用Change方法改变了时间间隔                (s.tmr).Change(10000,2000);                Console.WriteLine("changed");            }            if(s.counter == 10)            {                Console.WriteLine("disposing of timer");                s.tmr.Dispose();                s.tmr = null;            }　　    }    }}

 

程序首先创建了一个定时器，它将在创建1秒之后开始每隔1秒调用一次CheckStatus()方法，当调用5次以后，在CheckStatus()方法中修改了时间间隔为2秒，并且指定在10秒后重新开始。当计数达到10次，调用Timer.Dispose()方法删除了timer对象，主线程于是跳出循环，终止程序。

 

C#多线程学习(六)互斥对象

如何控制好多个线程相互之间的联系，不产生冲突和重复，这需要用到互斥对象，即：System.Threading命名空间中的 Mutex类。

我们可以把Mutex看作一个出租车，乘客看作线程。乘客首先等车，然后上车，最后下车。当一个乘客在车上时，其他乘客就只有等他下车以后才可以上车。而线程与Mutex对象的关系也正是如此，线程使用Mutex.WaitOne()方法等待Mutex对象被释放，如果它等待的Mutex对象被释放了，它就自动拥有这个对象，直到它调用Mutex.ReleaseMutex()方法释放这个对象，而在此期间，其他想要获取这个Mutex对象的线程都只有等待。

下面这个例子使用了Mutex对象来同步四个线程，主线程等待四个线程的结束，而这四个线程的运行又是与两个Mutex对象相关联的。

其中还用到AutoResetEvent类的对象，可以把它理解为一个信号灯。这里用它的有信号状态来表示一个线程的结束。

//AutoResetEvent.Set()方法设置它为有信号状态

//AutoResetEvent.Reset()方法设置它为无信号状态

Mutex 类的程序示例：

using System;using System.Threading;namespace ThreadExample{    public class MutexSample    {　　    static Mutex gM1;　　    static Mutex gM2;　　    const int ITERS = 100;　　    static AutoResetEvent Event1 = new AutoResetEvent(false);　　    static AutoResetEvent Event2 = new AutoResetEvent(false);　　    static AutoResetEvent Event3 = new AutoResetEvent(false);　　    static AutoResetEvent Event4 = new AutoResetEvent(false);　　    public static void Main(String[] args)　　    {            Console.WriteLine("Mutex Sample ");            //创建一个Mutex对象，并且命名为MyMutex            gM1 = new Mutex(true,"MyMutex");            //创建一个未命名的Mutex 对象.            gM2 = new Mutex(true);            Console.WriteLine(" - Main Owns gM1 and gM2");            AutoResetEvent[] evs = new AutoResetEvent[4];            evs[0] = Event1; //为后面的线程t1,t2,t3,t4定义AutoResetEvent对象            evs[1] = Event2;             evs[2] = Event3;             evs[3] = Event4;             MutexSample tm = new MutexSample( );            Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(tm.t1Start));            Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(tm.t2Start));            Thread t3 = new Thread(new ThreadStart(tm.t3Start));            Thread t4 = new Thread(new ThreadStart(tm.t4Start));            t1.Start( );// 使用Mutex.WaitAll()方法等待一个Mutex数组中的对象全部被释放            t2.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM1的释放            t3.Start( );// 使用Mutex.WaitAny()方法等待一个Mutex数组中任意一个对象被释放            t4.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM2的释放            Thread.Sleep(2000);            Console.WriteLine(" - Main releases gM1");            gM1.ReleaseMutex( ); //线程t2,t3结束条件满足            Thread.Sleep(1000);            Console.WriteLine(" - Main releases gM2");            gM2.ReleaseMutex( ); //线程t1,t4结束条件满足            //等待所有四个线程结束            WaitHandle.WaitAll(evs);             Console.WriteLine(" Mutex Sample");            Console.ReadLine();　　    }　　    public void t1Start( )　　    {            Console.WriteLine("t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])");            Mutex[] gMs = new Mutex[2];            gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAll()方法的参数            gMs[1] = gM2;            Mutex.WaitAll(gMs);//等待gM1和gM2都被释放            Thread.Sleep(2000);            Console.WriteLine("t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfied");            Event1.Set( ); //线程结束，将Event1设置为有信号状态　　    }　　    public void t2Start( )　　    {            Console.WriteLine("t2Start started, gM1.WaitOne( )");            gM1.WaitOne( );//等待gM1的释放            Console.WriteLine("t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfied");            Event2.Set( );//线程结束，将Event2设置为有信号状态　　    }　　    public void t3Start( )　　    {            Console.WriteLine("t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])");            Mutex[] gMs = new Mutex[2];            gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAny()方法的参数            gMs[1] = gM2;            Mutex.WaitAny(gMs);//等待数组中任意一个Mutex对象被释放            Console.WriteLine("t3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[])");            Event3.Set( );//线程结束，将Event3设置为有信号状态　　    }　　    public void t4Start( )　　    {            Console.WriteLine("t4Start started, gM2.WaitOne( )");            gM2.WaitOne( );//等待gM2被释放            Console.WriteLine("t4Start finished, gM2.WaitOne( )");            Event4.Set( );//线程结束，将Event4设置为有信号状态　　    }    }}

程序的输出结果：

Mutex Sample  - Main Owns gM1 and gM2t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])t2Start started, gM1.WaitOne( )t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])t4Start started, gM2.WaitOne( ) - Main releases gM1t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfiedt3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[]) - Main releases gM2t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfiedt4Start finished, gM2.WaitOne( ) Mutex Sample

 

从执行结果可以很清楚地看到，线程t2,t3的运行是以gM1的释放为条件的，而t4在gM2释放后开始执行，t1则在gM1和gM2都被释放了之后才执行。Main()函数最后，使用WaitHandle等待所有的AutoResetEvent对象的信号，这些对象的信号代表相应线程的结束。