什么是多線程

基本概念

線程

• 被定義為程序的執(zhí)行路徑，也叫執(zhí)行單元
• 線程是輕量級進(jìn)程；使用線程節(jié)省了 CPU 周期的浪費(fèi)，同時(shí)提高了應(yīng)用程序的效率

進(jìn)程

• 是Windows系統(tǒng)中的一個(gè)基本概念，它包含著一個(gè)運(yùn)行程序所需要的資源。一個(gè)正在運(yùn)行的應(yīng)用程序在操作系統(tǒng)中被視為一個(gè)進(jìn)程
• 一個(gè)進(jìn)程可以包括一個(gè)或多個(gè)線程， 注：至少得有一個(gè)線程
• 進(jìn)程之間是相對獨(dú)立的，一個(gè)進(jìn)程無法訪問另一個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)

查看當(dāng)前系統(tǒng)中的進(jìn)程

打開任務(wù)管理器，查看當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程

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查看當(dāng)前系統(tǒng)中的線程

在任務(wù)管理器里面查詢當(dāng)前總共運(yùn)行的線程數(shù)

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并行與串行（異步與同步）

• 并行（異步）： 多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行任務(wù)
  • 舉例：小明在燒開水的同時(shí)去洗菜了
• 串行（同步）： 一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完后才能執(zhí)行下一個(gè)
  • 舉例：小明在燒開水，等開水燒開后再去洗菜

線程的生命周期

• 新建 ：當(dāng)線程實(shí)例被創(chuàng)建但 Start 方法未被調(diào)用時(shí)的狀況
• 就緒 ：當(dāng)線程準(zhǔn)備好運(yùn)行并等待 CPU 調(diào)度
• 不可運(yùn)行 ：下面的幾種情況下線程是不可運(yùn)行的：
  • 已經(jīng)調(diào)用 Sleep 方法
  • 已經(jīng)調(diào)用 Wait 方法
  • 通過 I/O 操作阻塞
• 死亡狀態(tài) ：當(dāng)線程已完成執(zhí)行或已中止時(shí)的狀況

主線程

• 一個(gè)進(jìn)程可以包含若干個(gè)線程，在進(jìn)程入口執(zhí)行的 第一個(gè)線程被視為這個(gè)進(jìn)程的主線程 。
• 在 C# 中，都是以Main()方法作為入口的，當(dāng)調(diào)用此方法時(shí)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)主線程。
• 在 C# 中，System.Threading.Thread 類用于線程的工作。它允許創(chuàng)建并訪問多線程應(yīng)用程序中的單個(gè)線程
• 可以使用 Thread 類的 CurrentThread 屬性訪問線程。

舉例：主線程執(zhí)行

internal class ThreadTest
{
  static void Main(string[] args)
  {
    Thread th = Thread.CurrentThread;
    th.Name = "MainThread";
    Console.WriteLine("線程ID是：{0},線程名稱是：{1}", th.ManagedThreadId, th.Name);
  }
}

輸出結(jié)果

線程ID是：1,線程名稱是：MainThread

**多線程的創(chuàng)建與管理 **

創(chuàng)建

• 線程是通過擴(kuò)展 Thread 類創(chuàng)建的，然后在構(gòu)造方法中傳入委托對象。擴(kuò)展的 Thread 類調(diào)用 Start() 方法來開始子線程的執(zhí)行
• **子線程不需要傳參使用 **ThreadStart

internal class ThreadTest
{
  static void Main(string[] args)
  {
    // 創(chuàng)建兩個(gè)子線程
    Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(PrintStr));
    Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(PrintStr));
    t1.Start();
    t2.Start();
  }


  private static void PrintStr()
  {
    Thread th = Thread.CurrentThread;
    Console.WriteLine("線程ID是：{0}", th.ManagedThreadId);
  }
}

輸出結(jié)果

線程ID是：7
線程ID是：6

通過ThreadStart 源碼，可以看到它其實(shí)是一個(gè)委托

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• 如果要向子線程中傳遞參數(shù)則需要使用： ParameterizedThreadStart
• 注意：ParameterizedThreadStart委托的參數(shù)類型必須是Object的

internal class ThreadTest
{
  static void Main(string[] args)
  {
    // 創(chuàng)建兩個(gè)子線程
    Thread t1 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(PrintStrParam));
    Thread t2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(PrintStrParam));
    t1.Start("我是有參數(shù)1");
    t2.Start("我是有參數(shù)2");
  }


  private static void PrintStrParam(Object obj)
  {
    Thread th = Thread.CurrentThread;
    Console.WriteLine("線程ID是：{0},參數(shù)是：{1}", th.ManagedThreadId,obj);
  }
}

輸出結(jié)果

線程ID是：6,參數(shù)是：我是有參數(shù)1
線程ID是：7,參數(shù)是：我是有參數(shù)2

線程的管理與銷毀

• Thread 類提供了各種管理線程的方法，下面演示sleep() 方法的使用，用于在一個(gè)特定的時(shí)間暫停線程
• Abort() 方法用于銷毀線程；通過拋出 threadabortexception 在運(yùn)行時(shí)中止線程。這個(gè)異常不能被捕獲，如果有 finally 塊，控制會(huì)被送至 finally 塊。 注：這個(gè)方法被標(biāo)記過時(shí)了，雖然依舊可以使用，但推薦使用 CancellationToken 來代替

internal class ThreadTest
{
  static void Main(string[] args)
  {
    // 創(chuàng)建兩個(gè)子線程
    Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(printSleep));
    t1.Start();
    // 主線程睡眠 1 秒
    Thread.Sleep(1000);


    // 銷毀線程
    try
    {
      t1.Abort();
    }
    catch (ThreadAbortException e)
    {
      Console.WriteLine("進(jìn)catch了嗎？？？");
    }
    finally
    {
      Console.WriteLine("進(jìn)finally了嗎？？？");
    }
  }


  private static void printSleep()
  {
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
      // 睡眠 500 毫秒
      Thread.Sleep(500);
      Console.WriteLine("輸出數(shù)字:{0}", i);
    }
  }
}

輸出結(jié)果

輸出數(shù)字:0
Unhandled exception. 輸出數(shù)字:1
System.PlatformNotSupportedException: Thread abort is not supported on this platform.
輸出數(shù)字:2
進(jìn)finally了嗎？？？

線程同步與鎖

• 所謂同步：是指在某一時(shí)刻只有一個(gè)線程可以訪問變量。
• 如果不能確保對變量的訪問是同步的，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。比如：兩個(gè)人同時(shí)賣一個(gè)倉庫中的同種 手機(jī)，如果不控制就可能出現(xiàn) 超賣現(xiàn)象 （即賣出的大于庫存的）
• c#為同步訪問變量提供了一個(gè)非常簡單的方式，即使用c#語言的關(guān)鍵字 **Lock**，它可以把一段代碼定義為互斥段，互斥段在一個(gè)時(shí)刻內(nèi)只允許一個(gè)線程進(jìn)入執(zhí)行

lock塊語法：

• 需要注意，傳給**lock塊**的參數(shù)不能是值類型和string類型，必須是除了string外的引用類型，而且這個(gè)引用類型對象必須是所有線程都能訪問到的，否則鎖不住。
• 如果你想保護(hù)一個(gè)類的實(shí)例，一般地，你可以使用this；
• 如果你想保護(hù)一個(gè)靜態(tài)變量（如互斥代碼段在一個(gè)靜態(tài)方法內(nèi)部），一般使用類名就可以了
• 也可以單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)object對象來作為指定的鎖對象

語法如下：

lock(expression)
{
   // 代碼邏輯
}

加鎖前案例

internal class ThreadTest
{
  static void Main(string[] args)
  {
    PhoneSale phone=new PhoneSale();


    // 創(chuàng)建兩個(gè)子線程
    Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(phone.SalePhone));
    Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(phone.SalePhone));
    t1.Start();
    t2.Start();
  }


}


public class PhoneSale
{
  // 數(shù)量
  private int num = 1;


  public void SalePhone()
  {
    if (num > 0)
    {
      Thread.Sleep(100);
      num--;
      Console.WriteLine("賣出一部手機(jī),還剩下 {0} 個(gè)",num);
    }
    else
    {
      Console.WriteLine("賣完了....");
    }
  }
}

輸出結(jié)果

賣出一部手機(jī),還剩下 0 個(gè)
賣出一部手機(jī),還剩下 -1 個(gè)

**加鎖后案例

**

internal class ThreadTest
{
  static void Main(string[] args)
  {
    PhoneSale phone=new PhoneSale();


    // 創(chuàng)建兩個(gè)子線程
    Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(phone.SalePhone));
    Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(phone.SalePhone));
    t1.Start();
    t2.Start();
  }


}


public class PhoneSale
{
  // 數(shù)量
  private int num = 1;


  public void SalePhone()
  {
    lock (this)
    {
      if (num > 0)
      {
        Thread.Sleep(100);
        num--;
        Console.WriteLine("賣出一部手機(jī),還剩下 {0} 個(gè)", num);
      }
      else
      {
        Console.WriteLine("賣完了....");
      }
    }
  }
}

輸出結(jié)果

賣出一部手機(jī),還剩下 0 個(gè)
賣完了....

多線程的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

• 可以同時(shí)完成多個(gè)任務(wù)，使程序的響應(yīng)速度更快
• 多線程技術(shù)解決了多部分代碼同時(shí)執(zhí)行的需求，能夠更好的利用cpu的資源
• 可以設(shè)置每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級以優(yōu)化程序性能

缺點(diǎn)

• 線程需要占用內(nèi)存，線程越多，占用內(nèi)存也越多
• 多線程需要協(xié)調(diào)和管理，所以需要占用CPU時(shí)間以便跟蹤線程
• 線程之間對共享資源的訪問會(huì)相互影響，必須解決爭用共享資源的問題
• 線程太多會(huì)導(dǎo)致控制太復(fù)雜

為什么程序可以多線程執(zhí)行呢？ 程序中的多線程與CPU的多線程有什么關(guān)系？

• 目前電腦都是多核多CPU的，一個(gè)CPU在同一時(shí)刻只能運(yùn)行一個(gè)線程，但是多個(gè)CPU在同一時(shí)刻就可以運(yùn)行多個(gè)線程。

• 線程的最大并行數(shù)量上限是CPU核心的數(shù)量，但是，往往電腦運(yùn)行的線程的數(shù)量遠(yuǎn)大于CPU核心的數(shù)量，所以還是需要CPU時(shí)間片的切換

• CPU運(yùn)行速度太快，硬件處理速度跟不上，所以操作系統(tǒng)進(jìn)行分 ** 時(shí)間片

  管理** 。這樣，從宏觀角度來說是多線程并發(fā)的，因?yàn)镃PU速度太快，察覺不到，看起來是同一時(shí)刻執(zhí)行了不同的操作