c#多线程

注：本文中出现的代码均在.net Framework RC3环境中运行通过

 

一.多线程的概念

Windows是一个多任务的系统，如果你使用的是Windows 2000及其以上版本，你可以通过任务管理器查看当前系统运行的程序和进程。什么是进程呢？当一个程序开始运行时，它就是一个进程，进程所指包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。而一个进程又是由多个线程所组成的，线程是程序中的一个执行流，每个线程都有自己的专有寄存器(栈指针、程序计数器等)，但代码区是共享的，即不同的线程可以执行同样的函数。多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。浏览器就是一个很好的多线程的例子,在浏览器中你可以在下载JAVA小应用程序或图象的同时滚动页面,在访问新页面时,播放动画和声音,打印文件等。

多线程的好处在于可以提高CPU的利用率——任何一个程序员都不希望自己的程序很多时候没事可干，在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU可以运行其它的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。

然而我们也必须认识到线程本身可能影响系统性能的不利方面，以正确使用线程：

线程也是程序，所以线程需要占用内存，线程越多占用内存也越多
多线程需要协调和管理，所以需要CPU时间跟踪线程
线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题
线程太多会导致控制太复杂，最终可能造成很多Bug

基于以上认识，我们可以一个比喻来加深理解。假设有一个公司，公司里有很多各司其职的职员，那么我们可以认为这个正常运作的公司就是一个进程，而公司里的职员就是线程。一个公司至少得有一个职员吧，同理，一个进程至少包含一个线程。在公司里，你可以一个职员干所有的事，但是效率很显然是高不起来的，一个人的公司也不可能做大；一个程序中也可以只用一个线程去做事，事实上，一些过时的语言如fortune,basic都是如此，但是象一个人的公司一样，效率很低，如果做大程序，效率更低——事实上现在几乎没有单线程的商业软件。公司的职员越多，老板就得发越多的薪水给他们，还得耗费大量精力去管理他们，协调他们之间的矛盾和利益；程序也是如此，线程越多耗费的资源也越多，需要CPU时间去跟踪线程，还得解决诸如死锁，同步等问题。总之，如果你不想你的公司被称为“皮包公司”，你就得多几个员工；如果你不想让你的程序显得稚气，就在你的程序里引入多线程吧！

本文将对C#编程中的多线程机制进行探讨，通过一些实例解决对线程的控制，多线程间通讯等问题。为了省去创建GUI那些繁琐的步骤，更清晰地逼近线程的本质，下面所有的程序都是控制台程序，程序最后的Console.ReadLine()是为了使程序中途停下来，以便看清楚执行过程中的输出。

好了，废话少说，让我们来体验一下多线程的C#吧！

二.操纵一个线程

任何程序在执行时，至少有一个主线程，下面这段小程序可以给读者一个直观的印象：

[CODE]
//SystemThread.cs
using System;
using System.Threading;

namespace ThreadTest
{
　　class RunIt
　　{
　　　　[STAThread]
　　　　static void Main(string[] args)
　　　　{
　　　　　　Thread.CurrentThread.Name="System Thread";//给当前线程起名为"System Thread"
Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"'Status:"+Thread.CurrentThread.ThreadState);
　　　　　　Console.ReadLine();
　　　　}
　　}
}
[/CODE]

编译执行后你看到了什么？是的，程序将产生如下输出：

System Thread's Status:Running

在这里，我们通过Thread类的静态属性CurrentThread获取了当前执行的线程，对其Name属性赋值“System Thread”，最后还输出了它的当前状态（ThreadState）。所谓静态属性，就是这个类所有对象所公有的属性，不管你创建了多少个这个类的实例，但是类的静态属性在内存中只有一个。很容易理解CurrentThread为什么是静态的——虽然有多个线程同时存在，但是在某一个时刻，CPU只能执行其中一个。

就像上面程序所演示的，我们通过Thread类来创建和控制线程。注意到程序的头部，我们使用了如下命名空间：
[CODE]
using System;
using System.Threading;

[/CODE]
在.net framework class library中，所有与多线程机制应用相关的类都是放在System.Threading命名空间中的。其中提供Thread类用于创建线程，ThreadPool类用于管理线程池等等，此外还提供解决了线程执行安排，死锁，线程间通讯等实际问题的机制。如果你想在你的应用程序中使用多线程，就必须包含这个类。Thread类有几个至关重要的方法，描述如下：

Start():启动线程
Sleep(int):静态方法，暂停当前线程指定的毫秒数
Abort():通常使用该方法来终止一个线程
Suspend()：该方法并不终止未完成的线程，它仅仅挂起线程，以后还可恢复。
Resume():恢复被Suspend()方法挂起的线程的执行

下面我们就动手来创建一个线程，使用Thread类创建线程时，只需提供线程入口即可。线程入口使程序知道该让这个线程干什么事，在C#中，线程入口是通过ThreadStart代理（delegate）来提供的，你可以把ThreadStart理解为一个函数指针，指向线程要执行的函数，当调用Thread.Start()方法后，线程就开始执行ThreadStart所代表或者说指向的函数。

 

打开你的VS.net，新建一个控制台应用程序（Console Application），下面这些代码将让你体味到完全控制一个线程的无穷乐趣！

//ThreadTest.cs

using System;
using System.Threading;

namespace ThreadTest
{
public class Alpha
　　　　{
　　　　　　public void Beta()
　　　　　　{
　　　　　　　　while (true)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　Console.WriteLine("Alpha.Beta is running in its own thread.");
　　　　　　　　}
　　　　　　}
　　　　};

　　　　public class Simple
　　　　{
　　　　　　public static int Main()
　　　　　　{
　　　　　　　　Console.WriteLine("Thread Start/Stop/Join Sample");

　　　　　　　　Alpha oAlpha = new Alpha();
　　　　　　　　//这里创建一个线程，使之执行Alpha类的Beta()方法
　　　　　　　　Thread oThread = new Thread(new ThreadStart(oAlpha.Beta));
　　　　　　　　oThread.Start();
　　　　　　　　while (!oThread.IsAlive);
　　　　　　　　Thread.Sleep(1);
　　　　　　　　oThread.Abort();
　　　　　　　　oThread.Join();
　　　　　　　　Console.WriteLine();
　　　　　　　　Console.WriteLine("Alpha.Beta has finished");
　　　　　　　　try
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　Console.WriteLine("Try to restart the Alpha.Beta thread");
　　　　　　　　　　oThread.Start();
　　　　　　　　}
　　　　　　　　catch (ThreadStateException)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　Console.Write("ThreadStateException trying to restart Alpha.Beta. ");
　　　　　　　　　　Console.WriteLine("Expected since aborted threads cannot be restarted.");
　　　　　　　　　　Console.ReadLine();
　　　　　　　　}
　　　　　　　　return 0;
　　　　　　}
　　　　}
　　}

这段程序包含两个类Alpha和Simple，在创建线程oThread时我们用指向Alpha.Beta()方法的初始化了ThreadStart代理（delegate）对象，当我们创建的线程oThread调用oThread.Start()方法启动时，实际上程序运行的是Alpha.Beta()方法：

Alpha oAlpha = new Alpha();
　　Thread oThread = new Thread(new ThreadStart(oAlpha.Beta));
　　oThread.Start();

然后在Main()函数的while循环中，我们使用静态方法Thread.Sleep()让主线程停了1ms，这段时间CPU转向执行线程oThread。然后我们试图用Thread.Abort()方法终止线程oThread，注意后面的oThread.Join()，Thread.Join()方法使主线程等待，直到oThread线程结束。你可以给Thread.Join()方法指定一个int型的参数作为等待的最长时间。之后，我们试图用Thread.Start()方法重新启动线程oThread，但是显然Abort()方法带来的后果是不可恢复的终止线程，所以最后程序会抛出ThreadStateException异常。