C#多執行緒開發-執行緒基礎 01

—阿輝發表於2021-09-03
C#執行緒

最近由於工作的需要，一直在使用C#的多執行緒進行開發，其中也遇到了很多問題，但也都解決了。後來發覺自己對於執行緒的知識和運用不是很熟悉，所以將利用幾篇文章來系統性的學習彙總下C#中的多執行緒開發。

執行緒基礎

“程式是作業系統分配資源的最小單元，執行緒是作業系統排程的最小單元” 這句話應該學習計算機的朋友或多或少都聽說過，這在作業系統這門課中是很重要的一個概念。

在作業系統中可以同時執行很多個應用程式，那麼你知道計算機是如何分配和排程這些應用程式去使用CPU進行工作的嗎？

這裡面就牽扯到了程式、執行緒的概念，也就是我們接下來要學習的內容。

一個應用程式會有很多個執行緒，但是隻能有一個程式。也就是說一個程式中可以有很多個執行緒。那麼這是為什麼呢？以前計算機只有一個計算模組，每次只能單一的執行一個計算單元，不能同時執行多個計算任務。現在隨著科技的發展，有了多核CPU，可以一次性執行多個應用程式，這樣就實現了多工。作業系統為了不讓一個應用程式獨佔CPU，導致其餘程式掛起等待，不得不設計出一種將物理計算單元分割為一些虛擬的程式，並給予每個執行程式一定量的計算能力。此外，作業系統必須始終能夠優先訪問CPU，並能調整不同程式訪問CPU的優先順序(說白了就是典型的以空間換時間)。

執行緒正是這一概念的實現，可以認為執行緒是一個虛擬的程式，用於獨立執行一個特定的程式。

大量使用執行緒會消耗大量的OS資源

那麼為什麼需要使用執行緒呢！其實就是為了在相同的時間內，讓作業系統或CPU幹更多的活，那麼在C#中執行緒應該如何使用或者說在什麼場景下使用呢！

在C#中關於執行緒的使用，大多數時候是在當程式需要處理大量繁瑣、佔用資源多、花費大量時間的任務時進行應用，比如訪問資料庫，視訊顯示，檔案IO操作、網路傳輸等。

執行緒在應用程式中可以進行如何操作：1、建立執行緒；2、暫停執行緒；3、執行緒等待；4、終止執行緒。

1、建立執行緒

通過宣告並例項化Thread就可以建立執行緒，它接收方法作為引數。使用Thread.Start()就可以開啟子執行緒，讓其去執行方法中的內容。

        static void Main(string[] args)
        {            
            //新建立的執行緒中輸出
            Thread oneThread = new Thread(PrintNumber);
            oneThread.Start();

            //主執行緒中輸出
            PrintNumber();
            Console.ReadKey();
        }

        static void PrintNumber() 
        {
            Console.WriteLine("開始......");
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine(i);
            }
        }

主執行緒和子執行緒同時輸出

可以看到當我們在子執行緒和主執行緒中同時輸出PrintNumber()中的內容時，它是亂的隨機交叉輸出的。

2、暫停執行緒

暫停執行緒故名思意就是讓執行緒暫停，不讓其佔用CPU資源，在一直等待，啥時候取消暫停就恢復執行。在C#中暫停就是讓這個執行緒進入睡眠狀態，讓其休眠，不讓其佔用系統資源就可以了。

  Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));    //睡眠2s

3、執行緒等待

執行緒等待就是多個執行緒在處理某個任務時，某個執行緒必須等待前一個執行緒處理所有資料後才可以進行執行，在這個期間，這個執行緒是阻塞狀態的。只有前一個執行緒完事了，他才可以再繼續執行。

        static void Main(string[] args)
        {            
            //新建立的執行緒中輸出
            Thread oneThread = new Thread(PrintNumber);
            oneThread.Start();
            oneThread.Join();

            //主執行緒中輸出
            PrintNumber();
            Console.ReadKey();
        }

也就是說上面的程式主執行緒必須得等oneThread執行緒執行完PrintNumber方法後，它才可以執行。

4、執行緒終止

就是執行緒在執行過程中，利用某些操作（Thread.Abort()）可以使其執行緒立即退出，不進行工作了。

        static void Main(string[] args)
        {            
            //新建立的執行緒中輸出
            Thread oneThread = new Thread(PrintNumber);
            oneThread.Start();

            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(6));
            oneThread.Abort();

            //主執行緒中輸出
            PrintNumber();
            Console.ReadKey();
        }

上面的程式可以看到，當主程式再等待6s後，立即將oneThread執行緒終止掉。

其實Abort()方法是給執行緒注入了ThreadAbortException方法，導致執行緒被終結，這其實很危險，因為該執行緒可能正在處理某些重要的資料，比如接收傳輸資料等，這樣子就傳遞摧毀了程式，資料也就丟失了。還有就是這個方法不能保證100%終止執行緒。有時候有些異常會被吃掉，我們可以利用某些關鍵變數在子執行緒中進行控制，從而取消執行緒的執行就可以。

在實際編碼使用執行緒的過程中，可以通過oneThread.ThreadState來獲取目前執行緒的狀態。有時候我們也可以手動的設定執行緒的優先順序，設定為最高的則提前執行，但是這個只是針對於單核CPU時，目前市面上基本都是多核的了，這種使用場景也就很少了。

一般我們建立的執行緒都是屬於前臺執行緒，通過手動設定ontThread物件的IsBackground屬性為true時才會為後臺執行緒。通常前臺執行緒會比後臺執行緒提前執行完。當前臺執行緒執行完成後，程式結束並且後臺執行緒被終結。程式會等待所有的前臺執行緒完成後再結束工作，但是如果只剩下後臺執行緒，程式會直接結束工作。

C#中的lock關鍵字

某一個資源當被多個執行緒同時訪問時，可能這個資源的某些值對於各個執行緒來說會出問題。如果在某一時刻，一個執行緒是使其遞增，一個執行緒是遞減，會導致其值不唯一，各個執行緒拿到的值不對。這種情況就是所謂的競爭條件，競爭條件是多執行緒環境中非常常見的導致錯誤的原因。

    class PepoleCount 
    {
        int count = 0;
        public void AddCount() 
        {
            ++count;            
        }
        public void DeleteCount() 
        {
            --count;
        }    
    }

比如是上面的程式，當兩個執行緒同時訪問這個PepoleCount類時，會導致count變數出現競爭條件。就是每個執行緒可能拿到的數值不是最新的。那麼如何辦呢，此時就需要使用到lock機制，也就是加鎖。目的是為了當一個執行緒訪問某個資源時，其餘執行緒如果在訪問時，必須等待當前訪問完事後，它才可以訪問。保證了資料的有效性。

lock關鍵字是如果鎖定了一個物件，需要訪問該物件的所有其他執行緒則會處於阻塞狀態，並等待知道該物件解除鎖定才可以訪問。

    class PepoleCount 
    {
        private readonly object _syncRoot = new object();
        int count = 0;
        public void AddCount() 
        {
            lock(_syncRoot)
            {
                ++count;            
            }            
        }
        public void DeleteCount() 
        {
            lock(_syncRoot)
            {
            --count;
            }
        }    
    }

關於加鎖這塊還是有很多講究的，不是說每一個方法，每一個變數都需要進行加鎖，如果頻繁的加鎖會導致其餘執行緒處於阻塞狀態，那麼也會導致應用程式出現嚴重的效能問題。

好了，今天關於執行緒的分享就先到這裡。

期待下一篇文章的推送吧，希望我可以寫的簡單點，讓大家對多執行緒開發有一些全新的認識。

小寄語

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