c# 温故而知新: 线程篇(一) 上

Thread

目录:

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  • 1 线程基础的简单介绍
  • 2 线程同步与线程异步的简单介绍
  • 3 前台线程与后台线程的简单介绍
  • 4 细说下Thread 最为关键的构造函数
  • 5 细说下Thread 的 Sleep方法
  • 6 细说下Thread 的 join 方法
  • 7 细说下Thread 的 Abort和 Interrupt方法
  • 8 细说下Thread 的 Suspend,Resume方法
  • 9 简单了解下Thread 的 一些重要属性
  • 10 简单示例
  • 多线程从一个图片中截取部分图片
  • 11 本章总结

1 线程基础的简单介绍

首先让我们翻开书本来了解下线程的一些基础知识:

1 线程有时被称为轻量级进程,是程序执行流的最小单元2 线程时由线程ID,当前指令指针(PC),寄存器集合和堆栈组成。3 线程自身不能拥有系统资源,但是可以使用线程所属进程所占有的系统资源4 线程可以创建和撤销另一个线程5 线程可以拥有自身的状态,例如 运行状态,挂起状态,销毁释放状态等等6 线程具有优先级,每个线程都分配了0-31 级别的其中一个优先级,数字越大,优先级越高,然而手动分配优先级过于复杂,所以微软为我们的Thread类提供一个优先级的枚举,ThreadPriority枚举便是优先级枚举,我们可以利用thread.Priority属性来进行设置7 线程开销,这个是个复杂的话题,希望有机会的话能够单独写一遍文章解释下

那么多线程有什么实际好处呢?

首先让我们了解下多线程的概念:一个程序或者进程中同时运行多个线程完成不同的工作

从概念中我们便可知道多线程的优点了

1 能够实现并行操作,也就是说多个线程可以同时进行工作2 利用多线程后许多复杂的业务或者是计算可以交给后台线程去完成,从而提高整体程序的性能3 类似于第一条利用多线程可以达到异步的作用(注意,实现异步的一种方式是多线程)

当然多线程也有一定的问题需要注意,那就是线程同步问题,关于这个问题我会今后的文章中详细说明

2 线程同步与线程异步的简单介绍

*1 线程同步

关于线程同步的概念最简单的理解就是

同步方法调用在程序继续执行之前,需要等待同步方法执行完毕返回结果

很有可能多个线程都会对一个资源进行访问,从而导致资源被破坏,所以必须采用线程的同步机制,例如为共享资源加锁,当其中一个线程占有了锁之后,其余线程均不能使用共享资源,只有等其释放锁之后,接下来的其中一个线程会占有该锁,本系列会从Thread类开始讲起,以后多章都会讨论线程同步机制,例如锁机制,临界区,互斥,信号量 同步事件等待句柄; 等等

*2 线程异步

线程异步指的是一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回,一般异步执行的任务都需要比较长的时间,

所以为了不影响主线程的工作,可以使用多线程或者新开辟一个线程来实现异步,同样,异步和线程池也有着非常紧密的联系,

这点我会在今后有关线程池的文章中详细叙述,线程池和异步线程将在第二章中详细阐述下

3 前台线程与后台线程的简单介绍

前台线程:

诸如我们Console程序的主线程,wpf或者sliverlight的 界面线程等等,都属于前台线程,一旦前台线程奔溃或者终止,相应的后台

线程都会终止,本章中通过Thread类产生的线程默认都是前台线程,当然我们可以设置Thread的属性让该对象成为后台线程,必须

注意的是,一旦前台线程全部运行完毕,应用程序的进程也会释放,但是假设Console程序中main函数运行完毕,但是其中几个前台

线程还处在运行之中,那么这个Console程序的进程是不会释放的,仍然处于运行之中,直到所有的前台线程都释放为止

后台线程:

和前台线程唯一的区别是,后台线程更加默默无闻,甚至后台线程因某种情况,释放销毁时不会影响到进程,也就是说后台线程释放时

不会导致进程的释放

用一个例子再来说明下前后台线程的区别:有时我们打开outlook 后接受邮件时,程序会失去响应或被卡住,这时候我们去点击outlook时系统会提示 outlook 失去响应,是否等待或者关闭,当我们点击关闭时,其实在程序中关于outlook的所有运行的前台线程被终止,导致了outlook被关闭了,其进程也随之释放消失。但是,当我们在outlook中点击更新邮件时,后台线程会去收取邮件的工作,我们可以在此期间关闭 outlook接受新邮件的后台线程,而不会导致整个outlook的关闭

4 细说下Thread 最为关键的构造函数

相信大家再看过前几章对于线程的介绍后,对线程应该有一个温故的感觉,那么让我们开始对thread这个线程类进行深层次的研究下,

首先要启动一个线程必须将该线程将要做的任务告诉该线程,否则,线程会不知道干什么事导致线程无意义的开启,浪费系统资源,果然,

Thread类的构造函数提供了以下的版本

ThreadStart 和 ParameterThreadStart 参数都是委托,所以可以看出委托其实就是方法的抽象,前者用于不带参数的并且无返回值的

方法的抽象,后者是带object参数的方法的抽象,大家通过以下简单的方法注意下线程如何调用带参数的方法

public class ThreadStartTest 
    {
        //无参数的构造函数
        Thread thread = new Thread(new ThreadStart(ThreadMethod));
        //带有object参数的构造函数
        Thread thread2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(ThreadMethodWithPara));
        public ThreadStartTest() 
        {
            //启动线程1
            thread.Start();
            //启动线程2
            thread2.Start(new Parameter { paraName="Test" });
        }
        static void ThreadMethod() 
        {
           //....
        }
        static void ThreadMethodWithPara(object o) 
        {
            if (o is Parameter) 
            {
               // (o as Parameter).paraName.............
            }
        }




    }


    public class Parameter 
    {
        public string paraName { get; set; }
    }

不带参数的方法似乎很简单的能被调用,只要通过第一个构造函数便行,对于带参数的方法,大家注意下参数是如何传入线程所调用的方法,

当启动线程时,参数通过thread.Start方法传入,于是我们便成功启动了thread线程,大伙可千万不要小看基础啊,往往在复杂的项目中很多

就是因为一些基础导致,所以一定不要忽视它。。。

5 细说下Thread 的 Sleep方法

话说微软对Thread.Sleep方法的解释过于简单,导致许多人会误认为这个方法并不重要,其实这是错误的,其实线程是非常复杂的,

而且我们围绕这个方法来温故下windows系统对于CPU竞争的策略:

所谓抢占式操作系统,就是说如果一个进程得到了 CPU 时间,除非它自己放弃使用 CPU ,否则将完全霸占 CPU 。因此可以看出,

在抢占式操作系统中,操作系统假设所有的进程都是“人品很好”的,会主动退出 CPU 。

发现写到这里貌似真的已经比较复杂了,由于本人对操作系统底层的知识比较匮乏,决定还是引用下别人的理解,顺便自己也学习下

引用:

假设有源源不断的蛋糕(源源不断的时间),一副刀叉(一个CPU),10个等待吃蛋糕的人(10 个进程)。如果是 Unix 操作系统来负责分蛋糕,那么他会这样定规矩:每个人上来吃 1 分钟,时间到了换下一个。最后一个人吃完了就再从头开始。于是,不管这10个人是不是优先级不同、饥饿程度不同、饭量不同,每个人上来的时候都可以吃 1 分钟。当然,如果有人本来不太饿,或者饭量小,吃了30秒钟之后就吃饱了,那么他可以跟操作系统说:我已经吃饱了(挂起)。于是操作系统就会让下一个人接 着来。如果是 Windows 操作系统来负责分蛋糕的,那么场面就很有意思了。他会这样定规矩:我会根据你们的优先级、饥饿程度去给你们每个人计算一个优先级。优先级最高的那个人,可 以上来吃蛋糕——吃到你不想吃为止。等这个人吃完了,我再重新根据优先级、饥饿程度来计算每个人的优先级,然后再分给优先级最高的那个人。这样看来,这个 场面就有意思了——可能有些人是PPMM,因此具有高优先级,于是她就可以经常来吃蛋糕。可能另外一个人的优先级特别低,于是好半天了才轮到他一次(因为 随着时间的推移,他会越来越饥饿,因此算出来的总优先级就会越来越高,因此总有一天会轮到他的)。而且,如果一不小心让一个大胖子得到了刀叉,因为他饭量 大,可能他会霸占着蛋糕连续吃很久很久,导致旁边的人在那里咽口水。。。而且,还可能会有这种情况出现:操作系统现在计算出来的结果,是5号PPMM总优 先级最高——高出别人一大截。因此就叫5号来吃蛋糕。5号吃了一小会儿,觉得没那么饿了,于是说“我不吃了”(挂起)。因此操作系统就会重新计算所有人的 优先级。因为5号刚刚吃过,因此她的饥饿程度变小了,于是总优先级变小了;而其他人因为多等了一会儿,饥饿程度都变大了,所以总优先级也变大了。不过这时 候仍然有可能5号的优先级比别的都高,只不过现在只比其他的高一点点——但她仍然是总优先级最高的啊。因此操作系统就会说:5号mm上来吃蛋糕……(5号 mm心里郁闷,这不刚吃过嘛……人家要减肥……谁叫你长那么漂亮,获得了那么高的优先级)。那么,Thread.Sleep 函数是干吗的呢?还用刚才的分蛋糕的场景来描述。上面的场景里面,5号MM在吃了一次蛋糕之后,觉得已经有8分饱了,她觉得在未来的半个小时之内都不想再 来吃蛋糕了,那么她就会跟操作系统说:在未来的半个小时之内不要再叫我上来吃蛋糕了。这样,操作系统在随后的半个小时里面重新计算所有人总优先级的时候, 就会忽略5号mm。Sleep函数就是干这事的,他告诉操作系统“在未来的多少毫秒内我不参与CPU竞争”。

6 细说下Thread 的 join 方法

为什么我要把Thread.Join()方法单独细说下,个人认为join方法非常重要,

在细说前我想再次强调下主线程和子线程的区别:

首先大家肯定知道在Console程序中,主线程自上而下着运行着main函数,假如我们在main函数中新增一个线程thread对象的话,

也就是说,在主线程中再开启一个子线程,同时子线程和主线程可以同时工作(前提是子线程使用Start方法),同理,假如我在这

个子线程中再开辟一个属于这个子线程的子线程,同理这3个爷爷,父亲,儿子线程也可以使用Start()方法一起工作,假如在主线

程中添加2个thread对象并开启,那么这2 线程便属于同一层次的线程(兄弟线程)(和优先级无关,只同一位置层次上的兄弟),

有可能上述的让你觉得郁闷或者难以理解?没关系看简单例子就能够理解了

public static void ShowFatherAndSonThread(Thread grandFatherThread)
        {
            Console.WriteLine("爷爷主线程名:{0}", grandFatherThread.Name);
            Thread brotherThread = new Thread(new ThreadStart(() => { Console.WriteLine("兄弟线程名:{0}", Thread.CurrentThread.Name); }));
            Thread fatherThread = new Thread(new ThreadStart(
                () =>
                {
                    Console.WriteLine("父亲线程名:{0}", Thread.CurrentThread.Name);
                    Thread sonThread = new Thread(new ThreadStart(() =>
                    {
                        Console.WriteLine("儿子线程名:{0}", Thread.CurrentThread.Name);
                    }));
                    sonThread.Name = "SonThread";
                    sonThread.Start();
                }
                    ));
            fatherThread.Name = "FatherThread";
            brotherThread.Name="BrotherThread";
            fatherThread.Start();
            brotherThread.Start();
        }

言归正传让我们温故下Jion方法,先看msdn中是怎么解释的:

继续执行标准的 COM 和 SendMessage 消息泵处理期间,阻塞调用线程,直到某个线程终止为止。

大家把注意力移到后面红色的部分,什么是“调用线程”呢?如果你理解上述线程关系的话,可能已经理解了,主线程(爷爷辈)的调用了父亲线程,

父亲线程调用了儿子线程,假设现在我们有一个奇怪的需求,必须开启爷爷辈和父亲辈的线程但是,爷爷辈线程必须等待父亲线程结束后再进行,

这该怎么办? 这时候Join方法上场了,我们的目标是阻塞爷爷线程,那么后面的工作就明确了,让父亲线程(thread)对象去调用join方法就行

一下是个很简单的例子,让大家再深入理解下。

public static void ThreadJoin()
        {
            Console.WriteLine("我是爷爷辈线程,子线程马上要来工作了我得准备下让个位给他。");
            Thread t1 = new Thread(
                new ThreadStart
                    (
                     () =>
                     {
                         for (int i = 0; i < 10; i++)
                         {
                             if (i == 0)
                                 Console.WriteLine("我是父亲线层{0}, 完成计数任务后我会把工作权交换给主线程", Thread.CurrentThread.Name);
                             else
                             {
                                 Console.WriteLine("我是父亲线层{0}, 计数值:{1}", Thread.CurrentThread.Name, i);
                             }
                             Thread.Sleep(1000);
                         }
                     }
                    )
                );
            t1.Name = "线程1";
            t1.Start();
            //调用join后调用线程被阻塞
            t1.Join();
            Console.WriteLine("终于轮到爷爷辈主线程干活了");
        }

代码中当父亲线程启动后会立即进入Jion方法,这时候调用该线程爷爷辈线程被阻塞,直到父亲线程中的方法执行完毕为止,最后父亲线程将控制

权再次还给爷爷辈线程,输出最后的语句。聪明的你肯定会问:兄弟线程怎么保证先后顺序呢?很明显如果不使用join,一并开启兄弟线程后结果

是随机的不可预测的(暂时不考虑线程优先级),但是我们不能在兄弟线程全都开启后使用join,这样阻塞了父亲线程,而对兄弟线程是无效的,

其实我们可以变通一下,看以下一个很简单的例子:

public static void ThreadJoin2()
        {
            IList<Thread> threads = new List<Thread>();
            for (int i = 0; i < 3; i++)
            {
                Thread t = new Thread(
                    new ThreadStart(
                        () =>
                        {


                            for (int j = 0; j < 10; j++)
                            {
                                if (j == 0)
                                    Console.WriteLine("我是线层{0}, 完成计数任务后我会把工作权交换给其他线程", Thread.CurrentThread.Name);
                                else
                                {
                                    Console.WriteLine("我是线层{0}, 计数值:{1}", Thread.CurrentThread.Name, j);
                                }


                                Thread.Sleep(1000);
                            }
                        }));
                t.Name = "线程" + i;
                //将线程加入集合
                threads.Add(t);
            }


            foreach (var thread in threads)
            {
                thread.Start();
                //每次按次序阻塞调用次方法的线程
                thread.Join();
            }
        }

输出结果:

但是这样我们即便能达到这种效果,也会发现其中存在着不少缺陷:

1:必须要指定顺序

2:一旦一个运行了很久,后续的线程会一直等待很久

3: 很容易产生死锁

从前面2个例子能够看出 jion是利用阻塞调用线程的方式进行工作,我们可以根据需求的需要而灵活改变线程的运行顺序,但是在复杂的项目或业务中

对于jion方法的调试和纠错也是比较困难的。

7 细说下Thread 的 Abort和 Interrupt方法

原文发布于微信公众号 - 我为Net狂(dotNetCrazy)

原文发表时间:2016-06-30

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