Visual C#中的多線程編程

 Visual C#中的多線程編程C#是.Net平台的通用開發工具，它能夠建造所有的.Net應用。在.Net中所有線程都運行在應用程式定義域(AppDomain)中，這也許讓你想到Win32進程，實際上它們還是有很大的不同。應用程式定義域提供了一種安全而通用的處理單元，公用語言運行庫可使用它來隔離應用程式。注意在.Net中應用程式的隔離是應用程式定義域而不是進程，在單個進程中可以存在幾個應用程式定義域，而且線程可以跨越應用程式定義域的範圍，某個線程中的方法可以調用另一個線程的方法，這樣的話就不會造成進程間調用或進程間切換等方面的額外開銷。可以說應用程式定義域是物理進程（也即win32中的Process）內的邏輯進程。
在Visul C#中System.Threading 命名空間提供一些使得可以進行多線程編程的類和介面，其中線程的建立有以下三種方法：Thread、ThreadPool、Timer。下面我就它們的使用方法逐個作一簡單介紹。
1． Thread
這也許是最複雜的方法，但它提供了對線程的各種靈活控制。首先你必須使用它的建構函式建立一個線程執行個體，它的參數比較簡單，只有一個ThreadStart 委託：
[C#]
public Thread(ThreadStart start);
然後調用Start（）啟動它，當然你可以利用它的Priority屬性來設定或獲得它的運行優先順序（enum ThreadPriority： Normal、 Lowest、 Highest、 BelowNormal、 AboveNormal）。見下例：它首先產生了兩個線程執行個體t1和t2，然後分別設定它們的優先順序，接著啟動兩線程（兩線程基本一樣，只不過它們輸出不一樣，t1為“1”，t2為“2”，根據它們各自輸出字元個數比可大致看出它們佔用CPU時間之比,這也反映出了它們各自的優先順序）。
static void Main(string[] args)
{
Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(Thread1));
Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(Thread2));

t1.Priority = ThreadPriority.BelowNormal ;
t2.Priority = ThreadPriority.Lowest ;
t1.Start();
t2.Start();
}
public static void Thread1()
{
for (int i = 1; i < 1000; i++)
{//每運行一個迴圈就寫一個“1”
dosth();
Console.Write("1");
}
}
public static void Thread2()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{//每運行一個迴圈就寫一個“2”
dosth();
Console.Write("2");
}
}
public static void dosth()
{//用來類比複雜運算
for (int j = 0; j < 10000000; j++)
{
int a=15;
a = a*a*a*a;
}
}
以上程式運行結果為：

11111111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111111111111111112

11111111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111111111111111112

11111111111111111111111111111111111111111121111111111111111111111111111111111111111112

從以上結果我們可以看出，t1線程所佔用CPU的時間遠比t2的多，這是因為t1的優先順序比t2的高，若我們把t1和t2的優先順序都設為Normal，那結果是如何？它們所佔用的CPU時間會一樣嗎？是的，正如你所料，見：

121211221212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121

212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212

121212121212121212

從上例我們可看出，它的構造類似於win32的背景工作執行緒，但更加簡單，只需把線程要調用的函數作為委託，然後把委託作為參數構造線程執行個體即可。當調用Start()啟動後，便會調用相應的函數，從那函數第一行開始執行。
接下來我們結合線程的ThreadState屬性來瞭解線程的控制。ThreadState是一個枚舉類型，它反映的是線程所處的狀態。當一個Thread執行個體剛建立時，它的ThreadState是Unstarted；當此線程被調用Start()啟動之後，它的ThreadState是 Running;　 在此線程啟動之後，如果想讓它暫停（阻塞），可以調用Thread.Sleep() 方法，它有兩個重載方法（Sleep(int )、Sleep(Timespan )），只不過是表示時間量的格式不同而已，當在某線程內調用此函數時，它表示此線程將阻塞一段時間（時間是由傳遞給 Sleep 的毫秒數或Timespan決定的，但若參數為0則表示掛起此線程以使其它線程能夠執行，指定 Infinite 以無限期阻塞線程），此時它的ThreadState將變為WaitSleepJoin，另外值得注意一點的是Sleep()函數被定義為了static？! 這也意味著它不能和某個線程執行個體結合起來用，也即不存在類似於t1.Sleep(10)的調用！正是如此，Sleep()函數只能由需“Sleep”的線程自己調用，不允許其它線程調用，正如when to Sleep是個人私事不能由它人決定。但是當某線程處於WaitSleepJoin狀態而又不得不喚醒它時，可使用Thread.Interrupt 方法 ，它將線上程上引發ThreadInterruptedException，下面我們先看一個例子（注意Sleep的調用方法）：
static void Main(string[] args)
{
Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(Thread1));
t1.Start();
t1.Interrupt ();
E.WaitOne ();
t1.Interrupt ();
t1.Join();
Console.WriteLine(“t1 is end”);
}
static AutoResetEvent E = new AutoResetEvent(false);
public static void Thread1()
{
try
{//從參數可看出將導致休眠
Thread.Sleep(Timeout.Infinite);
}
catch(System.Threading.ThreadInterruptedException e)
{//中斷處理常式
Console.WriteLine (" 1st interrupt");
}
E.Set ();
try
{// 休眠
Thread.Sleep(Timeout.Infinite );
}
catch(System.Threading.ThreadInterruptedException e)
{
Console.WriteLine (" 2nd interrupt");
}//暫停10秒
Thread.Sleep (10000);
}
運行結果為： 1st interrupt
2nd interrupt
(10s後)t1 is end
從上例我們可以看出Thread.Interrupt方法可以把程式從某個阻塞（WaitSleepJoin）狀態喚醒進入對應的中斷處理常式，然後繼續往下執行（它的ThreadState也變為Running），此函數的使用必須注意以下幾點：
1 .此方法不僅可喚醒由Sleep導致的阻塞，而且對一切可導致線程進入WaitSleepJoin狀態的方法(如Wait和Join)都有效。如上例所示, 使用時要把導致線程阻塞的方法放入try塊內， 並把相應的中斷處理常式放入catch塊內。
2 .對某一線程調用Interrupt, 如它正處於WaitSleepJoin狀態, 則進入相應的中斷處理常式執行， 若此時它不處於WaitSleepJoin狀態， 則它後來進入此狀態時， 將被立即中斷。若在中斷前調用幾次Interrupt， 只有第一次調用有效, 這正是上例我用同步的原因， 這樣才能確保第二次調用Interrupt在第一個中斷後調用，否則的話可能導致第二次調用無效（若它在第一個中斷前調用）。你可以把同步去掉試試，其結果很可能是： 1st interrupt
上例還用了另外兩個使線程進入WaitSleepJoin狀態的方法：利用同步對象和Thread.Join方法。Join方法的使用比較簡單，它表示在調用此方法的當前線程阻塞直至另一線程（此例中是t1）終止或者經過了指定的時間為止(若它還帶了時間量參數)，當兩個條件（若有）任一出現，它立即結束WaitSleepJoin狀態進入Running狀態(可根據.Join方法的傳回值判斷為何種條件，為true，則是線程終止;false則是時間到)。
線程的暫停還可用Thread.Suspend方法，當某線程處於Running狀態時對它調用Suspend方法，它將進入SuspendRequested狀態，但它並不會被立即掛起，直到線程到達安全點之後它才可以將該線程掛起，此時它將進入Suspended狀態。如對一個已處於Suspended的線程調用則無效，要恢複運行只需調用Thread.Resume即可。
最後我們談的是線程的銷毀，我們可以對需銷毀的線程調用Abort方法，它會在此線程上引發ThreadAbortException。我們可把線程內的一些代碼放入try塊內，並把相應處理代碼放入相應的catch塊內，當線程正執行try塊內代碼時如被調用Abort，它便會跳入相應的catch塊內執行，執行完catch快內的代碼後它將終止（若catch塊內執行了ResetAbort則不同了：它將取消當前Abort請求，繼續向下執行。所以如要確保某線程終止的最好用Join，如上例）。
2． ThreadPool
線程池（ThreadPool）是一種相對較簡單的方法，它適應於一些需要多個線程而又較短任務（如一些常處於阻塞狀態的線程） ，它的缺點是對建立的線程不能加以控制，也不能設定其優先順序。由於每個進程只有一個線程池，當然每個應用程式定義域也只有一個線程池（對線），所以你將發現ThreadPool類的成員函數都為static！ 當你首次調用ThreadPool.QueueUserWorkItem、ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject等，便會建立線程池執行個體。下面我就線程池當中的兩函數作一介紹：
[C#]
public static bool QueueUserWorkItem( //調用成功則返回true
WaitCallback callBack,//要建立的線程調用的委託
object state //傳遞給委託的參數
)//它的另一個重載函數類似,只是委託不帶參數而已
此函數的作用是把要建立的線程排隊到線程池，當線程池的可用線程數不為零時（線程池有建立線程數的限制，缺身值為25），便建立此線程，否則就排隊到線程池等到它有可用的線程時才建立。
[C#]
public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject(
WaitHandle waitObject,// 要註冊的 WaitHandle
WaitOrTimerCallback callBack,// 線程調用的委託
object state,//傳遞給委託的參數
int TimeOut,//逾時，單位為毫秒，
bool executeOnlyOnce file://是/否只執行一次
);
public delegate void WaitOrTimerCallback(
object state,//也即傳遞給委託的參數
bool timedOut//true表示由於逾時調用，反之則因為waitObject
);
此函數的作用是建立一個等待線程，一旦調用此函數便建立此線程，在參數waitObject變為終止狀態或所設定的時間TimeOut到了之前，它都處於“阻塞”狀態，值得注意的一點是此“阻塞”與Thread的WaitSleepJoin狀態有很大的不同：當某Thread處於WaitSleepJoin狀態時CPU會週期性喚醒它以輪詢更新狀態資訊，然後再次進入WaitSleepJoin狀態，線程的切換可是很費資源的；而用此函數建立的線程則不同，在觸發它運行之前，CPU不會切換到此線程，它既不佔用CPU的時間又不浪費線程切換時間，但CPU又如何知道何時運行它？實際上線程池會產生一些輔助線程用來監視這些觸發條件，一旦達到條件便啟動相應的線程，當然這些輔助線程本身也佔用時間，但是如果你需建立較多的等待線程時，使用線程池的優勢就越加明顯。見下例：
static AutoResetEvent ev=new AutoResetEvent(false);
public static int Main(string[] args)
{ ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(
ev,
new WaitOrTimerCallback(WaitThreadFunc),
4,
2000,
false//表示每次完成等待操作後都重設計時器，直到登出等待
);
ThreadPool.QueueUserWorkItem (new WaitCallback (ThreadFunc),8);
Thread.Sleep (10000);
return 0;
}
public static void ThreadFunc(object b)
{ Console.WriteLine ("the object is {0}",b);
for(int i=0;i<2;i++)
{ Thread.Sleep (1000);
ev.Set();
}
}
public static void WaitThreadFunc(object b,bool t)
{ Console.WriteLine ("the object is {0},t is {1}",b,t);
}
其運行結果為：

the object is 8

the object is 4,t is False

the object is 4,t is False

the object is 4,t is True

the object is 4,t is True

the object is 4,t is True

從以上結果我們可以看出線程ThreadFunc運行了1次，而WaitThreadFunc運行了5次。我們可以從WaitOrTimerCallback中的bool t參數判斷啟動此線程的原因：t為false，則表示由於waitObject，否則則是由於逾時。另外我們也可以通過object b向線程傳遞一些參數。
3． Timer
它適用於需周期性調用的方法，它不在建立計時器的線程中運行，它在由系統自動分配的單獨線程中運行。這和Win32中的SetTimer方法類似。它的構造為：
[C#]
public Timer(
TimerCallback callback,//所需調用的方法
object state,//傳遞給callback的參數
int dueTime,//多久後開始調用callback
int period//調用此方法的時間間隔
);// 如果 dueTime 為0，則 callback 立即執行它的首次調用。如果 dueTime 為 Infinite，則 callback 不調用它的方法。計時器被禁用，但使用 Change 方法可以重新啟用它。如果 period 為0或 Infinite，並且 dueTime 不為 Infinite，則 callback 調用它的方法一次。計時器的定期行為被禁用，但使用 Change 方法可以重新啟用它。如果 period 為零 (0) 或 Infinite，並且 dueTime 不為 Infinite，則 callback 調用它的方法一次。計時器的定期行為被禁用，但使用 Change 方法可以重新啟用它。
在建立計時器之後若想改變它的period和dueTime，我們可以通過調用Timer的Change方法來改變：
[C#]
public bool Change(
int dueTime,
int period
);//顯然所改變的兩個參數對應於Timer中的兩參數
見下例：public static int Main(string[] args)

{ Console.WriteLine ("period is 1000");
Timer tm=new Timer (new TimerCallback (TimerCall),3,1000,1000);
Thread.Sleep (2000);
Console.WriteLine ("period is 500");
tm.Change (0,800);
Thread.Sleep (3000);
return 0;
}

public static void TimerCall(object b)
{
Console.WriteLine ("timercallback; b is {0}",b);
}
其運行結果為：

period is 1000

timercallback;b is 3

timercallback;b is 3

period is 500

timercallback;b is 3

timercallback;b is 3

timercallback;b is 3

timercallback;b is 3
總結
從以上的簡單介紹，我們可以看出它們各自使用的場合：Thread適用於那些需對線程進行複雜控制的場合；ThreadPool適應於一些需要多個線程而又較短任務（如一些常處於阻塞狀態的線程）；Timer則適用於那些需周期性調用的方法。只要我們瞭解了它們的使用特點，我們就可以很好的選擇合適的方法。

Trackback: http://tb.blog.csdn.net/TrackBack.aspx?PostId=558412