基本概念

線程

• 被定義為程序的執行路徑，也叫執行單元
• 線程是輕量級進程；使用線程節省了 CPU 周期的浪費，同時提高了應用程序的效率

進程

• 是Windows系統中的一個基本概念，它包含著一個運行程序所需要的資源。一個正在運行的應用程序在操作系統中被視為一個進程
• 一個進程可以包括一個或多個線程， 注：至少得有一個線程
• 進程之間是相對獨立的，一個進程無法訪問另一個進程的數據

查看當前系統中的進程

打開任務管理器，查看當前運行的進程

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查看當前系統中的線程

在任務管理器里面查詢當前總共運行的線程數

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并行與串行（異步與同步）

• 并行（異步）： 多個線程同時執行任務
  • 舉例：小明在燒開水的同時去洗菜了
• 串行（同步）： 一個任務執行完后才能執行下一個
  • 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 ：當線程實例被創建但 Start 方法未被調用時的狀況
• 就緒 ：當線程準備好運行并等待 CPU 調度
• 不可運行 ：下面的幾種情況下線程是不可運行的：
  • 已經調用 Sleep 方法
  • 已經調用 Wait 方法
  • 通過 I/O 操作阻塞
• 死亡狀態 ：當線程已完成執行或已中止時的狀況

主線程

• 一個進程可以包含若干個線程，在進程入口執行的 第一個線程被視為這個進程的主線程 。
• 在 C# 中，都是以Main()方法作為入口的，當調用此方法時系統就會自動創建一個主線程。
• 在 C# 中，System.Threading.Thread 類用于線程的工作。它允許創建并訪問多線程應用程序中的單個線程
• 可以使用 Thread 類的 CurrentThread 屬性訪問線程。

舉例：主線程執行

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);
  }
}

輸出結果

線程ID是：1,線程名稱是：MainThread

**多線程的創建與管理 **

創建

• 線程是通過擴展 Thread 類創建的，然后在構造方法中傳入委托對象。擴展的 Thread 類調用 Start() 方法來開始子線程的執行
• **子線程不需要傳參使用 **ThreadStart

internal class ThreadTest
{
  static void Main(string[] args)
  {
    // 創建兩個子線程
    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);
  }
}

輸出結果

線程ID是：7
線程ID是：6

通過ThreadStart 源碼，可以看到它其實是一個委托

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

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


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

輸出結果

線程ID是：6,參數是：我是有參數1
線程ID是：7,參數是：我是有參數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，用于在一個特定的時間暫停線程
• Abort() 方法用于銷毀線程；通過拋出 threadabortexception 在運行時中止線程。這個異常不能被捕獲，如果有 finally 塊，控制會被送至 finally 塊。 注：這個方法被標記過時了，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)
  {
    // 創建兩個子線程
    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catch了嗎？？？");
    }
    finally
    {
      Console.WriteLine("進finally了嗎？？？");
    }
  }


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

輸出結果

輸出數字:0
Unhandled exception. 輸出數字:1
System.PlatformNotSupportedException: Thread abort is not supported on this platform.
輸出數字:2
進finally了嗎？？？

線程同步與鎖

• 所謂同步：是指在某一時刻只有一個線程可以訪問變量。
• 如果不能確保對變量的訪問是同步的，就會產生錯誤。比如：兩個人同時賣一個倉庫中的同種 手機，如果不控制就可能出現 超賣現象 （即賣出的大于庫存的）
• c#為同步訪問變量提供了一個非常簡單的方式，即使用c#語言的關鍵字 **Lock**，它可以把一段代碼定義為互斥段，互斥段在一個時刻內只允許一個線程進入執行

lock塊語法：

• 需要注意，傳給**lock塊**的參數不能是值類型和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。
• 如果你想保護一個類的實例，一般地，你可以使用this；
• 如果你想保護一個靜態變量（如互斥代碼段在一個靜態方法內部），一般使用類名就可以了
• 也可以單獨創建一個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();


    // 創建兩個子線程
    Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(phone.SalePhone));
    Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(phone.SalePhone));
    t1.Start();
    t2.Start();
  }


}


public class PhoneSale
{
  // 數量
  private int num = 1;


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

輸出結果

賣出一部手機,還剩下 0 個
賣出一部手機,還剩下 -1 個

**加鎖后案例

**

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


    // 創建兩個子線程
    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,還剩下 {0} 個", num);
      }
      else
      {
        Console.WriteLine("賣完了....");
      }
    }
  }
}

輸出結果

賣出一部手機,還剩下 0 個
賣完了....

多線程的優缺點

優點

• 可以同時完成多個任務，使程序的響應速度更快
• 多線程技術解決了多部分代碼同時執行的需求，能夠更好的利用cpu的資源
• 可以設置每個任務的優先級以優化程序性能

缺點

• 線程需要占用內存，線程越多，占用內存也越多
• 多線程需要協調和管理，所以需要占用CPU時間以便跟蹤線程
• 線程之間對共享資源的訪問會相互影響，必須解決爭用共享資源的問題
• 線程太多會導致控制太復雜

為什么程序可以多線程執行呢？ 程序中的多線程與CPU的多線程有什么關系？

• 目前電腦都是多核多CPU的，一個CPU在同一時刻只能運行一個線程，但是多個CPU在同一時刻就可以運行多個線程。

• 線程的最大并行數量上限是CPU核心的數量，但是，往往電腦運行的線程的數量遠大于CPU核心的數量，所以還是需要CPU時間片的切換

• CPU運行速度太快，硬件處理速度跟不上，所以操作系統進行分 ** 時間片

  管理** 。這樣，從宏觀角度來說是多線程并發的，因為CPU速度太快，察覺不到，看起來是同一時刻執行了不同的操作