简单讲述关于C#的线程,任务,同步
来源:互联网 发布:python中syntax error 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 02:43
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一:进程与线程的简单概念及理解
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*对于所有需要等待的操作,例如移动文件,数据库和网络访问都需要一定的时间,此时就可以启动一个新的线程,同时完成其他任务。一个进程的多个线程可以同时运行在不同的CPU上或多核CPU的不同内核上。
线程是程序中独立的指令流。在VS编辑器中输入代码的时候,系统会分析代码,用下划线标注遗漏的分号和其他语法错误,这就是用一个后台线程完成。Word文档需要一个线程等待用户输入,另一个线程进行后台搜索,第三个线程将写入的数据存储在临时文件中。运行在服务器上的应用程序中等待客户请求的线程成为侦听器线程。
进程包含资源,如Window句柄,文件系统句柄或其他内核对象。每个进程都分配的虚拟内存。一个进程至少包含一个线程。一个应用程序启动,一般会启动一个进程,然后进程启动多个线程。*
进程和线程的一个简单解释
1,计算机的核心是CPU,它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂,时刻在运行。
2,如果工厂的电力有限一次只能供给一个车间使用。也就是说一个车间开工的时候,其他车间就必须停工。背后的含义就是。单个CPU一次只能运行一个任务。(多核CPU可以运行多个任务)
3,进程就好比工厂的车间,它代表CPU所能处理的单个任务。任一时刻,CPU总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态。
4,一个车间里,可以有很多工人,他们协同完成一个任务。
5,线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
6,车间的控件是工人们共享的,比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的,每个线程都可以使用这些共享空间。
7,一个防止他人进入的简单方法,就是门口加一把锁(厕所)。先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就在门口排队,等锁打开再进去。这就叫”互斥锁”(Mutual exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域。
8,还有些房间,可以同时容纳n个人,比如厨房。也就是说,如果人数大于n,多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用。
9,这时的解决方法,就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙,出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了,就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做”信号量”(Semaphore),用来保证多个线程不会互相冲突。
不难看出,mutex是semaphore的一种特殊情况(n=1时)。也就是说,完全可以用后者替代前者。但是,因为mutex较为简单,且效率高,所以在必须保证资源独占的情况下,还是采用这种设计。
10,操作系统的设计,因此可以归结为三点:
(1)以多进程形式,允许多个任务同时运行;
(2)以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;
(3)提供协调机制,一方面防止进程之间和线程之间产生冲突,另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。
二:在C#中创建线程的方式(重点)
**1.异步委托**创建线程的一种简单方式是定义一个委托,并异步调用它。 委托是方法的类型安全的引用。Delegate类 还支持异步地调用方法。在后台,Delegate类会创建一个执行任务的线程。
using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading;using System.Threading.Tasks;//一般我们会为比较耗时的操作开启一个单独的线程,比如下载文件之类的操作//1.通过委托开启一个线程namespace ProcessAndThread1{ class Program { static void Test() {//无参数 Console.WriteLine("Test"); } static void Test1(int i) { //有参数的 Console.WriteLine("Test1 "+ i); } static int Test2(int i) {//有返回值 Console.WriteLine("Test2 " + i); Thread.Sleep(100);//让当前线程暂停0.1秒,也就是100毫秒 return 100; } static void Main(string[] args)//在main线程中执行,一个线程里面语句的执行是从上到下的, //可以认为线程是同时执行的(异步执行) { //Action a = Test; //a.BeginInvoke(null, null);//开启一个新的线程去执行a所引用的方法(无参数) //Action<int> a = Test1; //a.BeginInvoke(100, null, null);//开启一个新的线程去执行a所引用的方法(有参数),100作为实参传递给Test1的 i,当有多 个参数时,在100之后依次添加 Func<int,int> a = Test2; IAsyncResult ar = a.BeginInvoke(100, null, null);//IAsyncResult可以取得当前线程的状态 while (ar.IsCompleted == false)//判断当前线程是否执行完毕,没完毕的话输出'' . '' { Console.Write("."); Thread.Sleep(10);//使main线程暂停10毫秒,控制子线程a的 ‘’.‘’的输出频率 } //a线程结束后 int res = a.EndInvoke(ar);//取得异步线程的返回值 Console.WriteLine(res); Console.WriteLine("Main"); Console.ReadKey(); } }}
注意:当我们通过BeginInvoke开启一个异步委托的时候,返回的结果是IAsyncResult,我们可以通过它的AsyncWaitHandle属性访问等待句柄。这个属性返回一个WaitHandler类型的对象,它中的WaitOne()方法可以等待委托线程完成其任务,WaitOne方法可以设置一个超时时间作为参数(要等待的最长时间),如果发生超时就返回false。
static void Main(){ TakesAWhileDelegate d1 = TakesAWhile; IAsyncResult ar = d1.BeginInvoke(1,3000,null,null); while(true){ Console.Write("."); if(ar.AsyncWaitHanle.WaitOne(50,false)){ Console.WriteLine("Can get result now"); break; } } int result = d1.EndInvoke(ar); Console.WriteLine("Res:"+result);}
2.使用Thread类开启线程:
// 2.通过Thread类开启线程namespace ProcessAndThread2{ class Program { static void DownloadFile() {//模拟文件下载线程 无参数 Console.WriteLine("开始下载。。。此线程ID为:"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId获取当前线程Id Thread.Sleep(2000);//线程等待2秒 Console.WriteLine("下载完成。"); } static void DownloadFile1(object fileName) // 此时必须使用Object声明参数,可传递任何类型,把它什么类型用那么它就是什么类型 {//模拟文件下载线程 有参数 Console.WriteLine("开始下载。。。此线程ID为:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId+fileName); //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId获取当前线程Id Thread.Sleep(2000);//线程等待2秒 Console.WriteLine("下载完成。"); } static void Main(string[] args) { //无参数两种方式: //1.一般方式 //Thread t = new Thread(DownloadFile);//创建一个线程对象t,但是并没有启动线程 //t.Start();//此时启动线程 //2.使用lambol表达式,效果同上 //Thread t = new Thread(() => //{ // Console.WriteLine("开始下载。。。此线程ID为:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); // //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId获取当前线程Id // Thread.Sleep(2000);//线程等待2秒 // Console.WriteLine("下载完成。"); //}); //t.Start(); //有参数两种方式: //1: //Thread t = new Thread(DownloadFile1);//创建一个线程对象t,但是并没有启动线程 //t.Start(" xxx.xxx");//此时启动线程,并传递参数给上面的fileName //2:通过创建自己的一个类MyThread,用于传递参数什么的 //MyThread myt = new MyThread( " 猫和老鼠" , "d://file//mao//laoshu" ); //Thread t = new Thread(myt.DownloadFile2);//构造一个Thread对象的时候,可以传递一个静态方法,也可以传递一个对象的普通方法 //t.Start(); //前台线程与后台线程。一个进程的结束需要等待所有其子前台线程结束,如果是后台线程则无须等待,直接结束. Thread t = new Thread(DownloadFile);//创建一个默认的前台线程对象t,但是并没有启动线程 t.Start(); t.IsBackground = true;//将线程设置为后台线程。如果此处不设置,那么默认为前台线程,当运行时Main线程结束后还需要等待t线程结束。如果设置为后台线程,则Main线程结束,t线程马上结束(注意此处Main中不写Console.ReadKey();) Console.WriteLine("Main"); //Console.ReadKey(); } }}namespace ProcessAndThread2{ class MyThread { private string fileName;//文件名 private string filePath;//文件路径 public MyThread(string fileName,string filePath) { this.fileName = fileName; this.filePath = filePath; } public void DownloadFile2() { Console.WriteLine("开始下载。。。此线程ID为:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + this.fileName); //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId获取当前线程Id Thread.Sleep(2000);//线程等待2秒 Console.WriteLine("下载完成。"); } }}
注意:在这里哪个先输出是无法保证了线程的执行由操作系统决定,只能知道Main线程和分支线程是同步执行的。在这里给Thread传递一个方法,调用Thread的Start方法,就会开启一个线程去执行,传递的方法。
关于后台线程和前台线程:
只有一个前台线程在运行,应用程序的进程就在运行,如果多个前台线程在运行,但是Main方法结束了,应用程序的进程仍然是运行的,直到所有的前台线程完成其任务为止。在默认情况下,用Thread类创建的线程是前台线程。线程池中的线程总是后台线程。在用Thread类创建线程的时候,可以设置IsBackground属性,表示它是一个前台线程还是一个后台线程。后台线程用的地方:如果关闭Word应用程序,拼写检查器继续运行就没有意义了,在关闭应用程序的时候,拼写检查线程就可以关闭。当所有的前台线程运行完毕,如果还有后台线程运行的话,所有的后台线程会被终止掉。
看下面例子中前台线程和后台线程的区别:
class Program{ static void Main(){ var t1 = new Thread(ThreadMain){IsBackground=false}; t1.Start(); Console.WriteLine("Main thread ending now."); } static void ThreadMain(){ Console.WriteLine("Thread +"+Thread.CurrentThread.Name+" started"); Thread.Sleep(3000); Console.WriteLine("Thread +"+Thread.CurrentThread.Name+" started"); }}
线程的优先级
线程有操作系统调度,一个CPU同一时间只能做一件事情(运行一个线程中的计算任务),当有很多线程需要CPU去执行的时候,线程调度器会根据线程的优先级去判断先去执行哪一个线程,如果优先级相同的话,就使用一个循环调度规则,逐个执行每个线程。
在Thead类中,可以设置Priority属性,以影响线程的基本优先级 ,Priority属性是一个ThreadPriority枚举定义的一个值。定义的级别有Highest ,AboveNormal,BelowNormal 和 Lowest。
控制线程
1,获取线程的状态(Running还是Unstarted,,,),当我们通过调用Thread对象的Start方法,可以创建线程,但是调用了Start方法之后,新线程不是马上进入Running状态,而是出于Unstarted状态,只有当操作系统的线程调度器选择了要运行的线程,这个线程的状态才会修改为Running状态。我们使用Thread.Sleep()方法可以让当前线程休眠进入WaitSleepJoin状态。
2,使用Thread对象的Abort()方法可以停止线程。调用这个方法,会在终止要终止的线程中抛出一个ThreadAbortException类型的异常,我们可以try catch这个异常,然后在线程结束前做一些清理的工作。
3,如果需要等待线程的结束,可以调用Thread对象的Join方法,表示把Thread加入进来,停止当前线程,并把它设置为WaitSleepJoin状态,直到加入的线程完成为止。
3.使用线程池开启线程:
创建线程需要时间。 如果有不同的小任务要完成,就可以事先创建许多线程 , 在应完成这些任务时发出请求。 这个线程数最好在需要更多的线程时增加,在需要释放资源时减少。我们不需要 自己创建线程池,系统已经有一个ThreadPool类管理线程。 这个类会在需要时增减池中线程的线程数,直到达到最大的线程数。 池中的最大线程数是可配置的。 在双核 CPU中 ,默认设置为1023个工作线程和 1000个 I/o线程。也可以指定在创建线程池时应立即启动的最小线程数,以及线程池中可用的最大线程数。 如果有更多的作业要处理,线程池中线程的个数也到了极限,最新的作业就要排队,且必须等待线程完成其任务。
//线程开启方式3:线程池(默认为后台线程),适合时间较短的小任务namespace ProcessAndThread3{ class Program { static void ThreadFun(object state) //使用线层池开启线程时,方法中需要有一个参数 { Console.WriteLine("线程开始。。。线程ID:"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("线程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + "结束."); } static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("线程池测试:"); ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程 ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程 ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程 ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程 ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程 ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程 ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程 Console.ReadKey(); } }}
示例应用程序首先要读取工作线程和 I/o线程的最大线程数,把这些信息写入控制台中。接着在 for循 环中,调 用ThreadPool.QueueUserWorkItem方法,传递一个WaitCallBack类型的委托 ,把 JobForAThread方 法赋予线程池中的线程。 线程池收到这个请求后,就会从池中选择一个线程 来调用该方法。 如果线程池还没有运行,就会创建一个线程池,并启动第一个线程。 如果线程池己经在运行,且有一个空闲线程来完成该任务,就把该作业传递给这个线程。
使用线程池需要注意的事项:
1.线程池中的所有线程都是后台线程 。 如果进程的所有前台线程都结束了,所有的后台线程就会停止。 不能把入池的线程改为前台线程 。
2.不能给入池的线程设置优先级或名称。
3.入池的线程只能用于时间较短的任务。 如果线程要一直运行(如 Word的拼写检查器线程),就应使用Thread类创建一个线程。
4,使用任务开启线程
//4,使用任务开启线程(任务相当于对线程做了一个封装)namespace ProcessAndThread4{ class Program { static void ThreadFun() //使用线层池开启线程时,方法中需要有一个参数 { Console.WriteLine("任务开始。。。任务ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("任务" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + "结束."); } static void Main(string[] args) { //第一种方式 //Task t = new Task(ThreadFun);//传递一个需要线程去执行的方法 //t.Start(); //第二种方式(工厂模式) TaskFactory tf = new TaskFactory(); // TaskFactory提供对创建和计划 System.Threading.Tasks.Task 对象的支持。 Task t = tf.StartNew(ThreadFun); Console.WriteLine("Main"); Console.ReadKey(); } }}
在.NET4 新的命名空间System.Threading.Tasks包含了类抽象出了线程功能,在后台使用的ThreadPool进行管理的。任务表示应完成某个单元的工作。这个工作可以在单独的线程中运行,也可以以同步方式启动一个任务。任务也是异步编程中的一种实现方式。
5.线程问题—争用条件和死锁
//线程问题—争用条件(解决方法:加锁 lock)和死锁(解决方法:在编程开始设计阶段,设计好锁定顺序)namespace ProcessAndThread5{ class Program { //测试方法1 static void ChangeStateTest(object o) //无加锁 { MyThreadObjec mt = o as MyThreadObjec; while (true)//循环调用mt中的ChangeState()方法,使线程对变量state发生争用 { mt.ChangeState(); } } //测试方法2 static void ChangeStateTest1(object o)//加锁 { MyThreadObjec mt = o as MyThreadObjec; while (true)//循环调用mt中的ChangeState()方法,使线程对变量state发生争用 { lock (mt)//向系统申请可不可以对mt对象加锁,如果mt对象没有被其他线程锁定,那么此时线程就可以对mt对象加锁。如果mt对象已经被锁定了,那么这个语句就暂停,直到申请到mt对象。注意:lock只能锁定引用类型,不能锁定值类型 { mt.ChangeState(); //在同一时刻,只有一个线程在执行这个方法 }//释放对mt的锁定 } } static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("Main"); //无加锁测试 //MyThreadObjec mt = new MyThreadObjec(); //Thread t = new Thread(ChangeStateTest); //t.Start(mt);//只有一个线程单独占用MyThreadObject中的state变量,不发生争用 //Thread t1 = new Thread(ChangeStateTest); //t1.Start(mt); //当有两个或者两个以上线程同时对MyThreadObject中的state变量进行访问时,线程对变量state发生争用 //有加锁测试 MyThreadObjec mt = new MyThreadObjec(); Thread t = new Thread(ChangeStateTest1); t.Start(mt);//只有一个线程单独占用MyThreadObject中的state变量,不发生争用 Thread t1 = new Thread(ChangeStateTest1); t1.Start(mt); Console.ReadKey(); } }}
以上内容是本人学习C#中的线程方面的总结,是我的第一篇博客O(∩_∩)O,若是有哪些不对的地方,欢迎大牛指出。以后会接着把有用的知识写在自己的博客里,供给学习者浏览学习,也方便自己以后的回味。
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