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C#多線程編程詳解(Thread/BackgroundWorker)

文章來源:365jz.com     點擊數:606    更新時間:2017-12-08 10:43   參與評論

一、使用線程的理由

1、可以使用線程將代碼同其他代碼隔離,提高應用程序的可靠性。

2、可以使用線程來簡化編碼。

3、可以使用線程來實現并發執行。

二、基本知識

1、進程與線程:進程作為操作系統執行程序的基本單位,擁有應用程序的資源,進程包含線程,進程的資源被線程共享,線程不擁有資源。

2、前臺線程和后臺線程:通過Thread類新建線程默認為前臺線程。當所有前臺線程關閉時,所有的后臺線程也會被直接終止,不會拋出異常。

3、掛起(Suspend)和喚醒(Resume):由于線程的執行順序和程序的執行情況不可預知,所以使用掛起和喚醒容易發生死鎖的情況,在實際應用中應該盡量少用。

4、阻塞線程:Join,阻塞調用線程,直到該線程終止。

5、終止線程:Abort:拋出 ThreadAbortException 異常讓線程終止,終止后的線程不可喚醒。Interrupt:拋出 ThreadInterruptException 異常讓線程終止,通過捕獲異??梢岳^續執行。

6、線程優先級:AboveNormal BelowNormal Highest Lowest Normal,默認為Normal。

三、線程的使用

線程函數通過委托傳遞,可以不帶參數,也可以帶參數(只能有一個參數),可以用一個類或結構體封裝參數。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(TestMethod));
            Thread t2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(TestMethod));
            t1.IsBackground = true;
            t2.IsBackground = true;
            t1.Start();
            t2.Start("hello");
            Console.ReadKey();
        }

        public static void TestMethod()
        {
            Console.WriteLine("不帶參數的線程函數");
        }

        public static void TestMethod(object data)
        {
            string datastr = data as string;
            Console.WriteLine("帶參數的線程函數,參數為:{0}", datastr);
        }
    }
}


四、線程池

由于線程的創建和銷毀需要耗費一定的開銷,過多的使用線程會造成內存資源的浪費,出于對性能的考慮,于是引入了線程池的概念。線程池維護一個請求隊列,線程池的代碼從隊列提取任務,然后委派給線程池的一個線程執行,線程執行完不會被立即銷毀,這樣既可以在后臺執行任務,又可以減少線程創建和銷毀所帶來的開銷。

線程池線程默認為后臺線程(IsBackground)。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //將工作項加入到線程池隊列中,這里可以傳遞一個線程參數
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(TestMethod, "Hello");
            Console.ReadKey();
        }

        public static void TestMethod(object data)
        {
            string datastr = data as string;
            Console.WriteLine(datastr);
        }
    }
}


五、Task類

使用ThreadPool的QueueUserWorkItem()方法發起一次異步的線程執行很簡單,但是該方法最大的問題是沒有一個內建的機制讓你知道操作什么時候完成,有沒有一個內建的機制在操作完成后獲得一個返回值。為此,可以使用System.Threading.Tasks中的Task類。

構造一個Task<TResult>對象,并為泛型TResult參數傳遞一個操作的返回類型。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Task<Int32> t = new Task<Int32>(n => Sum((Int32)n), 1000);
            t.Start();
            t.Wait();
            Console.WriteLine(t.Result);
            Console.ReadKey();
        }

        private static Int32 Sum(Int32 n)
        {
            Int32 sum = 0;
            for (; n > 0; --n)
                checked{ sum += n;} //結果太大,拋出異常
            return sum;
        }
    }
}


一個任務完成時,自動啟動一個新任務。
一個任務完成后,它可以啟動另一個任務,下面重寫了前面的代碼,不阻塞任何線程。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Task<Int32> t = new Task<Int32>(n => Sum((Int32)n), 1000);
            t.Start();
            //t.Wait();
            Task cwt = t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("The result is {0}",t.Result));
            Console.ReadKey();
        }

        private static Int32 Sum(Int32 n)
        {
            Int32 sum = 0;
            for (; n > 0; --n)
                checked{ sum += n;} //結果溢出,拋出異常
            return sum;
        }
    }
}


六、委托異步執行

委托的異步調用:BeginInvoke() 和 EndInvoke()

namespace Test
{
    public delegate string MyDelegate(object data);
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            MyDelegate mydelegate = new MyDelegate(TestMethod);
            IAsyncResult result = mydelegate.BeginInvoke("Thread Param", TestCallback, "Callback Param");

            //異步執行完成
            string resultstr = mydelegate.EndInvoke(result);
        }

        //線程函數
        public static string TestMethod(object data)
        {
            string datastr = data as string;
            return datastr;
        }

        //異步回調函數
        public static void TestCallback(IAsyncResult data)
        {
            Console.WriteLine(data.AsyncState);
        }
    }
}


七、線程同步

  1)原子操作(Interlocked):所有方法都是執行一次原子讀取或一次寫入操作。

  2)lock()語句:避免鎖定public類型,否則實例將超出代碼控制的范圍,定義private對象來鎖定。

  3)Monitor實現線程同步

    通過Monitor.Enter() 和 Monitor.Exit()實現排它鎖的獲取和釋放,獲取之后獨占資源,不允許其他線程訪問。

    還有一個TryEnter方法,請求不到資源時不會阻塞等待,可以設置超時時間,獲取不到直接返回false。

  4)ReaderWriterLock

    當對資源操作讀多寫少的時候,為了提高資源的利用率,讓讀操作鎖為共享鎖,多個線程可以并發讀取資源,而寫操作為獨占鎖,只允許一個線程操作。

  5)事件(Event)類實現同步

    事件類有兩種狀態,終止狀態和非終止狀態,終止狀態時調用WaitOne可以請求成功,通過Set將時間狀態設置為終止狀態。

    1)AutoResetEvent(自動重置事件)

    2)ManualResetEvent(手動重置事件)

  6)信號量(Semaphore)

      信號量是由內核對象維護的int變量,為0時,線程阻塞,大于0時解除阻塞,當一個信號量上的等待線程解除阻塞后,信號量計數+1。

      線程通過WaitOne將信號量減1,通過Release將信號量加1,使用很簡單。

  7)互斥體(Mutex)

      獨占資源,用法與Semaphore相似。

  8)跨進程間的同步

      通過設置同步對象的名稱就可以實現系統級的同步,不同應用程序通過同步對象的名稱識別不同同步對象。


C#在后臺運行操作:BackgroundWorker的用法

在我們的程序中,經常會有一些耗時較長的運算,為了保證用戶體驗,不引起界面不響應,我們一般會采用多線程操作,讓耗時操作在后臺完成,完成后再進行處理或給出提示,在運行中,也會時時去刷新界面上的進度條等顯示,必要時還要控制后臺線程中斷當前操作。

以前,類似的應用會比較麻煩,需要寫的代碼較多,也很容易出現異常。在.net中,提供了一個組件BackgroundWorker就是專門解決這個問題的。BackgroundWorker類允許在單獨的專用線程上運行操作。 耗時的操作(如下載和數據庫事務)在長時間運行時可能會導致用戶界面(UI)似乎處于停止響應狀態。如果需要能進行響應的用戶界面,而且面臨與這類操作相關的長時間延遲,則可以使用BackgroundWorker類方便地解決問題。

使用這個組件其實非常簡單,例如,我們做一個類似如下界面的進度條的小例子,在后臺線程中進行耗時運算,同時刷新界面上的進度條。
過程如下:
1.新建一個windows窗體應用程序,如:BackgroundWorkerProgressBarDemo
2.拖一個ProgressBar(progressBar1)和一個BackgroundWorker (backgroundWorker1)到Form上。
3.把下面的代碼copy過去就ok了,代碼注釋的很詳細,可以按照需要修改。

namespace BackgroundWorkerProgressBarDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();

            Shown += new EventHandler(Form1_Shown);

            // To report progress from the background worker we need to set this property
            backgroundWorker1.WorkerReportsProgress = true;

            // This event will be raised on the worker thread when the worker starts
            backgroundWorker1.DoWork += new DoWorkEventHandler(backgroundWorker1_DoWork);

            // This event will be raised when we call ReportProgress
            backgroundWorker1.ProgressChanged += new ProgressChangedEventHandler(backgroundWorker1_ProgressChanged);
        }

        void Form1_Shown(object sender, EventArgs e)
        {
            // Start the background worker
            backgroundWorker1.RunWorkerAsync();
        }

        // On worker thread so do our thing!
        void backgroundWorker1_DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
        {
            // Your background task goes here
            for (int i = 0; i <= 100; i++)
            {
                // Report progress to 'UI' thread
                backgroundWorker1.ReportProgress(i);
                // Simulate long task
                System.Threading.Thread.Sleep(100);
            }
        }

        // Back on the 'UI' thread so we can update the progress bar
        void backgroundWorker1_ProgressChanged(object sender, ProgressChangedEventArgs e)
        {
            // The progress percentage is a property of e
            progressBar1.Value = e.ProgressPercentage;
        }
    }
}


若要為后臺操作做好準備,請添加DoWork事件的事件處理程序,在此事件處理程序中調用耗時的操作。

若要開始此操作,請調用RunWorkerAsync。

若要收到進度更新的通知,請處理ProgressChanged 事件。

若要在操作完成時收到通知,請處理RunWorkerCompleted 事件。

注意:

您必須非常小心,確保在 DoWork 事件處理程序中不操作任何用戶界面對象。 而應該通過 ProgressChanged 和 RunWorkerCompleted 事件與用戶界面進行通信。

BackgroundWorker 事件不跨 AppDomain 邊界進行封送處理。 請不要使用 BackgroundWorker 組件在多個 AppDomain 中執行多線程操作。

如果后臺操作需要參數,請在調用 RunWorkerAsync 時給出參數。 在 DoWork 事件處理程序內部,可以從 DoWorkEventArgs.Argument 屬性中提取該參數。

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