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  • C#教程之C#多线程编程笔记

在开发中经常有遇到因为程序执行的时间过长,而造成程序假死的情况,这是因为我们的程序是同步执行的,当执行到需要长时间的操作时,程序就会等待当前的操作完成,从而造成程序假死。C#的异步与多线程就是为了解决这个问题的。

  1. 什么是多线程,举个简单的例子,我们在做饭的时候,可以先煮好饭,然后炒菜,然后洗餐具,然后完成,每一个操作都是在前一个操作完成之后才能进行,这就叫做同步执行,我们也可以在边煮饭的同时炒菜,洗餐具,当所有的工作都做完的时候,饭也就做好了,在这个过程中,煮饭,炒菜是同时进行的,这个就是异步,多线程就类似于主线程在煮饭,然后另开一个新的线程用来炒菜。
  2. 多线程的优缺点,由上所述,多线程可以在新开的线程中执行操作,所以他不需要等到主线程完成,也不收主线程的影响,自然,也就不会造成程序假死的情况出现了。这样可以提高用户的交互体验,防止用户以为程序崩溃也不断重启。但是由于我们直接感受到的是主线程,而新开的线程其实是在后台执行的,所以,如果新开的线程出现了异常,我们很难再主线程中捕获,或者处理,同时新开一个线程也需要计算机硬件的支持,如果线程过多,可能会造成系统变得很卡,资源消费过多的现象。
  3. 什么情况下需要使用多线程的技术?根据多线程的特点,其实类似于一个后台执行的任务,所以一般在以下情况中会使用多线程技术。1、程序执行时间比较长,同时程序的结果不是那么重要,不应该是主线程等待结果的情况下,可以使用多线程异步执行。例如,登录之后的验证过程。2、需要定时刷新的功能,这些功能是定时循环执行,所以可以放在后台去异步执行,这样既能保证功能执行了,同时在执行的过程中也不会造成程序卡顿的现象。3、后台任务,程序只需要执行相关的功能,不需要接收执行结果。例如发送一条短信,我们只需要发送出去即可,不需要知道用户是否接收到了短信,这样的情况下可以使用异步发送。其他情况可以参考以上的情况来决定是否需要使用多线程。

多线程编程示例

.Net提供了多种方式实现多线程的编程,包括线程池,Thread,Task等方法,下面对应这些方法给出简单的示例。

首先,建立一个功能类,此类的作用是多线程需要执行的方法,方法包括,无参数无返回值,有参数无返回值,无参数有返回值,有参数有返回值四种情况。

  /// <summary>

    /// 此类用于多线程测试的公用方法的定义

    /// </summary>

    public class CommonClass

    {

        //注意多线程使用的方法对应的参数类型应该为object

        /// <summary>

        /// 无返回值有参数的方法,用于无返回值的多线程的类型的使用

        /// </summary>

        /// <param name="name"></param>

        public void ShowName(object name)

        {

            Console.WriteLine("Your Name Is: {0}", name);

        }

        /// <summary>

        /// 有返回值的方法,用于有返回值的多线程类型的使用

        /// </summary>

        /// <param name="name"></param>

        /// <returns></returns>

        public string GetName(object name)

        {

            return name + "English's name is Lily";

        }

}

上面的代码只有两个方法,都带参数,但是一个有返回值,一个没有返回值。对于无参数的方法,只需要把传入的参数设置为null即可。

  1. 使用ThreadPool实现多线程

ThreadPool顾名思义就是线程池,由于创建一个新的线程的代价比较大,所以如果没有必要,就不需要创建一个新的线程。线程池就是为此设计的,当新创建一个线程的时候,首先到线程池中查询是否有空闲线程,如有,则直接使用此线程,这样就避免了新创建一个线程,若无,则新创建一个线程,并加入到线程池中,当线程执行结束之后,当前线程变为空闲线程,并放入线程池,等待下一个调动。当创建的线程数超过线程池允许的最大线程数之后,线程就需要排队,等待空闲线程的出现。

/// <summary>

    /// 线程池实现多线程的定义

    /// 线程池与Thread的区别在于,Thread每次都是新建一个线程,执行完成后就销毁

    /// 而线程池有一个最大线程数,会在池内空闲线程数不够的时候创建新的线程,并存入

    /// 线程池,线程执行完成后并不会销毁,而是存入线程池,作为空闲线程,等待下一次调用,

    /// 超过线程池最大线程数时,不会再创建新的线程,而是排队等待新的空闲线程,因此,

    /// 线程池比Thread的性能更好

    /// </summary>

    public class ThreadPoolTest

    {

        //和Thread一样,线程池只能创建无返回值和最多带一个参数的多线程方法

        public void CreateThread()

        {

            //ThreadPool.SetMaxThreads(10, 10);//设置线程池最大线程数的方法

            //ThreadPool.SetMinThreads(5, 5);//设置线程池最小线程数的方法

            var com = new CommonClass();

            for (int i = 2; i < 7; i++)

            {

                //往线程池中添加5个方法,但是线程池中不一定会创建5个线程

                ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(com.ShowName), i.ToString());

            }

        }

}

线程池的方法可以有参数,但是不能有返回值,或者只能返回void。

  1. Thread类实现多线程

Thread用于创建一个线程,他与线程池的区别就在于,他每次都会新创建一个线程,执行完成之后销毁线程。不存在等待空闲线程的概念,性能取决于硬件设备的性能。

/// <summary>

    /// 此类用于多线程的Thread类实现测试

    /// </summary>

    public class ThreadTest

    {

        //Thread不能创建带有返回值的多线程方法,如果需要请使用Task

        /// <summary>

        /// 用于创建多线程并行的代码

        /// </summary>

        public void CreateThread()

        {

            var com = new CommonClass();

            for (int i = 0; i < 5; i++)

            {

                //ParameterizedThreadStart类型用于定义一个带参数的方法的线程,如果需要定义不带参数的多线程实现,请使用ThreadStart

                //同时参数只能有一个,如果需要使用多个参数,请使用其他多线程实现方法,或将多个参数直接封装为一个Class进行传递

                Thread t = new Thread(new ParameterizedThreadStart(com.ShowName));

                t.Start(i.ToString());

            }

        }

}

上面代码中红字部分为要执行的方法,从字面意思即可知道,这个方法是需要定义参数的,如果需要定义无参数的方法,则需要使用new ThreadStart(方法名),t.Start()方法用于开始执行线程,方法的参数即为调用的方法需要传入的参数。在上面的示例中,传入的参数即为ShowName方法所需的参数。和ThreadPool一样,Thread也是不能有返回值的。

  1. Task实现多线程

Task即为任务,也是实现多线程的一种方式,他定义的方法必须带一个object的参数,同时可以有返回值。

/// <summary>

    /// 通过Task实现多线程的方法

    /// Task相比Thread和ThreadPool的区别最直观的就在于可以实现带返回值的方法

    /// </summary>

    public class TaskTest

    {

        /// <summary>

        /// 使用Task创建不带返回值的多线程

        /// 此处的void也可以为Task,在async的异步编程中必须为Task

        /// 具体实现请参考CreateReturTaskThread

        /// </summary>

        public void CreateNoReturnThread()

        {

            for (int i = 0; i < 5; i++)

            {

                //此处会形成一个闭包,所以多次返回的结果一样

                Task.Run(() =>

                {

                    Console.WriteLine("This Number is {0}", i);

                });

                //可以通过如下委托的方式解决上面的问题

                //Action<int> act = (a) =>

                //{

                //    Task.Run(() =>

                //    {

                //        Console.WriteLine("This Number is {0}", a);

                //    });

                //};

                //act(i);

            }

        }

        /// <summary>

        /// 返回Task的方法

        /// </summary>

        /// <returns></returns>

        public Task CreateReturTaskThread()

        {

            return Task.Run(() =>

            {

                Console.WriteLine("This is a Method for return Task!");

            });

        }

        /// <summary>

        /// 创建返回具体值的方法

        /// </summary>

        /// <returns></returns>

        public Task<string> CreateReturnNameThread()

        {

            return Task.Run(() =>

            {

                CommonClass com = new CommonClass();

                string name = com.GetName("HoS ");

                Thread.Sleep(5000);

                return name;

            });

        }

}

在上面的示例中,既有返回void的方法,也有返回具体值的方法,使用Task.Run方法即可定义一个异步执行的方法。Run内部需要传入一个委托,来定义需要异步执行的功能,相比较Thread,代码的是想相对复杂,但是可以有返回值,同时创建一个任务相比建创建一个线程的开销小很多。

  1. async与await关键字

在C#4.0以后为简化异步操作,添加可async与await两个关键字,这两个关键字的内部也是通过Task来实现异步操作,但是如果不添加这两个关键字,那么方法就会以同步执行的方式来执行。同时await会等待方法执行的结果,但是在等待的过程中,不会阻塞主线程,也就不会造成程序假死的现象。

/// <summary>

    /// 此类用于测试.Net4.0的async实现异步编程的方法

    /// </summary>

    public class AsyncTest

    {

        //1.定义一个返回值为Task<T>的方法

        public Task<int> GetSum(List<int> list)

        {

            return Task.Run(() =>

            {

                return list.Sum();

            });

        }

        //2.定义一个标识了async的方法

        /// <summary>

        /// 此方法用async标识,代表这是一个异步执行的方法,此方法不会阻塞当前线程

        /// </summary>

        public async void ShowSum()

        {

            List<int> list = new List<int>{ 5, 15, 12, 7, 9, 13, 6, 21 };

            //此代码加了await标识,与async配合使用,代表这是一个异步的方法,

            //如果不加await方法,则此处代码会同步执行

            //需要注意的是await后面的方法需要等到await执行完成之后才会继续执行,

            //而不是和后面的代码一起执行,也就是说这里实现了间接的多线程的同步的功能,

            //同时不会卡住主线程,可以解决Winform项目中界面的假死的问题

            //因为使用了await关键字,所以不需要在使用.Result来获取Task的结果了

            int result = await GetSum(list);

            Console.WriteLine("Result is {0}",result);

        }

}

如上代码所示async是需要添加在方法的定义上面,同时微软建议,所有的async标识的方法返回的都应该是Task<T>如果是返回void则返回Task,上面的方法仅做演示所以未遵照此要求,需要注意。await关键字放在需要异步执行的方法之前即可。

以上就是几种实现多线程的方式。调用的方法也很简单

//注意:多线程由于是异步执行,所以可能造成无法预知的执行顺序,即以下代码每次执行的结果都可能不同

            //1.Thread实现

            //ThreadTest.Common.ThreadTest tt = new Common.ThreadTest();

            //tt.CreateThread();

 

            //2.ThreadPool实现

            //ThreadPoolTest tpt = new ThreadPoolTest();

            //tpt.CreateThread();

 

            //3.Task实现

            //3.1 无返回值的实现

            //TaskTest tt = new TaskTest();

            //tt.CreateNoReturnThread();

            //3.2 返回一个Task的实现

            //var result = tt.CreateReturTaskThread();

            //3.3 返回一个Task<T>的实现

            //var result = tt.CreateReturnNameThread();

            //Console.WriteLine(result.Result);

 

            //4.async的实现

            //var at = new AsyncTest();

            //at.ShowSum();

 

            //5.多线程的同步实现

            //5.1 AutoResetEventTest

            //LockTest lt = new LockTest();

            //lt.AutoResetEventTest();

            //5.2 MutexTest

            //lt.MutexTest();

            //5.3 MulLock

            //lt.MulLock();

            //5.3  ManualResetEvent实现线程的手动挂起

            //lt.MulLockM();

 

            AsyncTest at = new AsyncTest();

            at.ShowSumNo();

            Console.ReadKey();

上面的代码仅供学习使用,如果需要更加深入的了解各种方式,请参考相关的教程,谢谢!


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