C#线程、任务和同步

一、进程和线程的区别

一个进程可以有多个线程；操作系统的设计可以归结为三点:(1)以多进程形式，允许多个任务同时运行;(2)以线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行。(3)提供协调机制，一方面防止进程之间产生冲突，另一方面允许进程之间共享资源。

二、通过委托方式创建线程

这当中包括3种方式判断线程结束，代码如下：

Program.cs

class Program
{
//一般为比较耗时的操作 开启单独的线程去执行，比如下载操作
static int Test(int i,string str)
{
Console.WriteLine("test" + i + str);
Thread.Sleep(100);//让当前线程休眠（暂停线程的执行）
return 100;
}

static void Main(string[] args) //在main线程中执行一个线程里面语句执行 是从上到下的
{
//1.通过委托 开启一个线程
//Func<int, string, int> a = Test;
//IAsyncResult asyncResult = a.BeginInvoke(100, "lYl", null, null); //开启一个新的线程去执行a所引用的方法
//可以认为线程是同时执行（异步执行）
//Console.WriteLine("main");
//检测线程结束，方式一（通过死循环）
//while (asyncResult.IsCompleted == false) //如果当前线程没有执行完毕
//{
//    Console.Write(".");
//    Thread.Sleep(10);//控制子线程的检测频率
//}
//int res = a.EndInvoke(asyncResult); //获取耗时方法的返回值
//Console.WriteLine(res);

//检测线程结束，方式二(等待句柄方式)
//如果1000ms表示超时事件，如果等待了1000毫秒线程还没遇结束，则返回false；如果1000ms内线程结束了，则返回true;
//bool isEnd = asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(1000);//此处等待时间不超过1000ms
//if (isEnd)
//{
//    int res = a.EndInvoke(asyncResult);
//    Console.WriteLine(res);
//}

//检测线程结束，方式3（通过回调 检测线程结束）(最常用的方法)
Func<int, string, int> a = Test;
//倒数第二个委托参数表示回调函数，当线程结束的时候会调用这个委托指向的方法
//倒数第一个参数用来给回调函数传递参数
//开启一个新的线程去执行 a所引用的方法
//IAsyncResult asyncResult = a.BeginInvoke(100, "lYl", OnCallBack, a);
a.BeginInvoke(100, "lYl", ar =>
{
int res = a.EndInvoke(ar);
Console.WriteLine(res);//在Lambda表达式中取得
},null);
Console.ReadKey();
}

//在回调函数中取得结果
static void OnCallBack(IAsyncResult ar)
{
Func<int,string,int> a = ar.AsyncState as Func<int,string,int>;

int res = a.EndInvoke(ar);
Console.WriteLine(res);
}
}

三、通过Thread类创建线程

以下代码包括线程是如何传递参数的两种方式，代码如下：

MyThread.cs

class MyThread
{
private string filename;
private string filepath;

public MyThread(string name, string path)
{
this.filename = name;
this.filepath = path;
}

public void DownFile()
{
Console.WriteLine("开始下载" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(2000);//休眠
Console.WriteLine("下载完成" + filename);
}
}

Program.cs

class Program
{
//要在线程当中传递参数，参数类型必须为Object类型，而不能是int/string/double等类型
static void DownloadFile(object filename)
{
Console.WriteLine("开始下载" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("下载完成" + filename);
}

static void Main(string args)
{
//Thread类的两种创建方式
//Thread t = new Thread(DownloadFile); //创建出来Thread对象，这个线程并没有启动
//Thread t = new Thread(
//{
//    Console.WriteLine("开始下载" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
//    Thread.Sleep(2000);
//    Console.WriteLine("下载完成");
//});
//t.Start();
//第一种传递参数方式 1.在函数中的参数，定义为object类；2.然后在Start()方法中传递参数
//Thread t = new Thread(DownloadFile); //创建线程
//t.Start("564"); //开启线程
//第二种传递参数方式 1.定义一个线程类MyThread对象，需要传递的参数放入该对象中，通过定义字段来实现；
//2.通过定义该类的构造方法来给上述定义字段赋值，从而达到传递参数的目的 3.然后创建普通方法
MyThread my = new MyThread("122","www.baidu.com");
//我们构造一个thread对象的时候，既可以传递一个静态方法，也可以传递一个普通方式
Thread t = new Thread(my.DownFile);
t.Start();
Console.WriteLine("Main");
Console.ReadKey();
}
}

四、后台线程和前台线程

在默认情况下，用Thread类创建的线程是前台线程。线程池中的线程总是后台线程。只有一个前台线程在运行，应用程序的进程就在运行；如果多个前台线程在运行，但是Main()方法结束了，应用程序的进程仍然是运行的，直到所有的前台线程完成其任务为止。在用Thread类创建线程的时候，可以设置IsBackground属性，表示它是一个前台线程还是一个后台线程。

后台线程用的地方：如果关闭word应用程序，拼写检查器继续运行就没有意义了，在关闭应用程序的时候，拼写检查线程就可以关闭。当所有的前台线程运行完毕，如果还有后台线程运行运行的话，所有的后台线程就会被终止掉。示例如下：

Thread t = new Thread(DownloadFile);//默认创建的是前台线程
t.IsBackground = true; //设置为后台线程
t.Start("123");

五、线程的优先级

线程有操作系统调度，一个CUP同一时间只能做一件事情（运行一个线程中的计算任务），当有很多线程需要CPU去执行的时候，线程调度器会根据线程的优先级去判断执行哪一个线程，如果优先级相同的话，就使用一个循环调度规则，逐个执行每个线程。在Thread类中，可以设置Priority属性，以影响线程的基本优先级，Priority属性是一个ThreadPriority枚举定义的一个值。定义的级别有Highest、AboveNormal、BelowNomal和Lowest.

六、控制线程

线程状态包括：Unstarted，Running，WaitSleepJoin

(1)获取线程的状态（Running还是Unstarted），当我们通过调用Thread对象的Start方法，可以创建线程，但是调用了Start方法之后，新线程不是马上进入Running状态，而是出于Unstarted状态，只有当操作系统的线程调度器选择了要运行的线程，这个线程的状态才会修改为Running状态。我们使用Thread.Sleep()方法可以让当前线程休眠进入WaitSleepJoin状态。

(2)使用Thread对象的Abort()方法可以停止线程。调用这个方法，会在终止要终止的线程中抛出一个ThreadAbortException类型的异常，我们可以try catch这个异常，然后在线程结束前做一些清理的工作。

(3)如果需要等待线程的结束，可以调用Thread对象的Join方法，表示把Thread加入进来，停止当前线程，并把它设置为WaitSleepJoin状态，直到加入的线程完成为止。

如果上述代码中，执行t.join();则会将main方法的主线程停止，然后等待t线程执行完，然后再依次顺序执行下面代码行。

七、通过线程池创建线程

创建线程需要时间。如果有不同的小任务要完成,就可以事先创建许多线程,在应完成这些任务时发出请求。这个线程数最好在需要更多的线程时增加,在需要释放资源时减少。

不需要自己创建线程池，系统已经有一个ThreadPool类管理线程。这个类会在需要时增减池中线程的线程数,直到达到最大的线程数。池中的最大线程数是可配置的。在双核 CPU中 ,默认设置为1023个工作线程和 1000个 I/O线程。也可以指定在创建线程池时应立即启动的最小线程数,以及线程池中可用的最大线程数。 如果有更多的作业要处理,线程池中线程的个数也到了极限,最新的作业就要排队,且必须等待线程完成其任务

注意：线程池中的所有线程都是后台线程。如果进程的所有前台线程都结束了,所有的后台线程就会停止。不能把入池的线程改为前台线程。不能给入池的线程设置优先级或名称。入池的线程只能用于时间较短的任务。如果线程要一直运行(如 Word的拼写检查器线程),就应使用Thread类创建一个线程。

代码示例如下：

Program.cs:

class Program
{
//此处一定要加上一个object类型的参数，用于判断线程的可用状态
static void ThreadMethod(object state)
{
Console.WriteLine("线程开始" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("线程结束");
}

static void Main(string[] args)
{
//线程池都是后台线程
ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadMethod); //使用QueueUserWorkItem，添加到工作队列中
ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadMethod);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadMethod);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadMethod);
Console.ReadKey();
}
}

八、通过任务开启线程

在.NET4 新的命名空间System.Threading.Tasks包含了类抽象出了线程功能，在后台使用的ThreadPool进行管理的。任务表示应完成某个单元的工作。这个工作可以在单独的线程中运行，也可以以同步方式启动一个任务。任务也是异步编程中的一种实现方式。

(1)任务创建示例：Program.cs

class Program
{
//任务相当于对线程进行了封装
static void ThreadMethod()
{
Console.WriteLine("任务开始" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("任务结束");
}

static void Main(string[] args)
{
//任务方式一创建线程
//Task t = new Task(ThreadMethod);//传递一个需要线程去执行的方法
//t.Start();

//任务方式二创建线程
TaskFactory tf = new TaskFactory();
Task t = tf.StartNew(ThreadMethod);

Console.WriteLine("Main");
Console.ReadKey();
}
}

(2)连续任务

如果一个任务t1的执行是依赖于另一个任务t2的，那么就需要在这个任务t2执行完毕后才开始执行t1。这个时候我们可以使用连续任务。代码示例：

static void DoFirst(){
Console.WriteLine("do  in task : "+Task.CurrentId);
Thread.Sleep(3000);
}
static void DoSecond(Task t){
Console.WriteLine("task "+t.Id+" finished.");
Console.WriteLine("this task id is "+Task.CurrentId);
Thread.Sleep(3000);
}
Task t1 = new Task(DoFirst);
Task t2 = t1.ContinueWith(DoSecond);
Task t3 = t1.ContinueWith(DoSecond);
Task t4 = t2.ContinueWith(DoSecond);

(2)任务层次结构

我们在一个任务中启动一个新的任务，相当于新的任务是当前任务的子任务，两个任务异步执行，如果父任务执行完了但是子任务没有执行完，它的状态会设置为WaitingForChildrenToComplete，只有子任务也执行完了，父任务的状态就变成RunToCompletion。示例代码如下：

static void Main(){
var parent = new Task(ParentTask);
parent.Start();
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine(parent.Status);
Thread.Sleep(4000);
Console.WriteLine(parent.Status);
Console.ReadKey();
}
static void ParentTask(){
Console.WriteLine("task id "+Task.CurrentId);
var child = new Task(ChildTask);
child.Start();
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("parent started child , parent end");
}
static void ChildTask(){
Console.WriteLine("child");
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("child finished ");
}

九、线程争用条件和死锁

（1）线程争用条件

MyThreadObject.cs:

class MyThreadObject
{
private int state = 5;

public void ChangeState()
{
state++;
if (state == 5)
{
Console.WriteLine("state = 5");
}
state = 5;
}
}

Program.cs

class Program
{
static void ChangeState(object o)
{
MyThreadObject m = o as MyThreadObject;
while (true)
{
//向系统申请可不可以锁定m对象 如果m对象没有被锁定，那么可以；
//如果m对象被锁定，则会暂停，直到申请到m对象
lock (m) //只能锁定引用类型，不能锁定值类型
{
m.ChangeState();
}
}
}
static void Main(string[] args)
{
MyThreadObject m = new MyThreadObject();
Thread t = new Thread(ChangeState);
t.Start(m);
new Thread(ChangeState).Start();
}
}

(2)死锁

解决方法：在编程的开始设计阶段，就设计锁定顺序

代码示例：

public class SampleThread
{
//由于s1,s2在不同的方法，锁定的顺序不一样，就可能会导致死锁
private StateObject s1;
private StateObject s2;
public SampleThread(StateObject s1,StateObject s2){
this.s1= s1;
this.s2 = s2;
}
public void Deadlock1(){
int i =0;
while(true){
lock(s1){ //此处可能会导致死锁
lock(s2){
s1.ChangeState(i);
s2.ChangeState(i);
i++;
Console.WriteLine("Running i : "+i);
}
}
}
}
public void Deadlock2(){
int i =0;
while(true){
lock(s2){ //此处可能会导致死锁
lock(s1){
s1.ChangeState(i);
s2.ChangeState(i);
i++;
Console.WriteLine("Running i : "+i);
}
}
}
}
}
var state1 = new StateObject();
var state2 = new StateObject();
new Task(new SampleTask(s1,s2).DeadLock1).Start();
new Task(new SampleTask(s1,s2).DeadLock2).Start();