C#多執行緒編程

一、使用執行緒的理由

1、可以使用執行緒將程式碼與其他程式碼隔離，提高應用程式的可靠性。

2、可以使用執行緒來簡化編碼。

3、可以使用執行緒來實現並發執行。

二、基本知識

1、進程與執行緒：進程作為作業系統執行程式的基本單位，擁有應用程式的資源，進程包含執行緒，進程的資源被執行緒共享，執行緒不擁有資源。

2、前台執行緒與後台執行緒：透過Thread類別新建執行緒預設前台執行緒。當所有前台執行緒關閉時，所有的後台執行緒也會直接終止，不會拋出例外。

3、掛起（Suspend）和喚醒（Resume）：由於執行緒的執行順序和程式執行的情況不可預測，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，阻塞呼叫線程，直到該線程終止。

5、終止執行緒：Abort：拋出 ThreadAbortException 異常讓執行緒終止，終止後的執行緒無法喚醒。 Interrupt：拋出 ThreadInterruptException 例外讓執行緒終止，透過擷取例外可以繼續執行。

6、執行緒優先權：AboveNormal BelowNormal Highest Lowest Normal，預設為Normal。

三、執行緒的使用

執行緒函數透過委託傳遞，可以不帶參數，也可以帶參數（只能有一個參數），可以用一個類別或結構體封裝參數。

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("不带参数的线程函数");
        }

        public static void TestMethod(object data)
        {
            string datastr = data as string;
            Console.WriteLine("带参数的线程函数，参数为：{0}", datastr);
        }
    } 
}

四、線程池

由於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，出於對性能的考慮，於是引入了線程池的概念。執行緒池維護一個請求佇列，執行緒池的程式碼從佇列提取任務，然後委派給執行緒池的一個執行緒執行，執行緒執行完不會被立即銷毀，這樣既可以在後台執行任務，又可以減少執行緒建立和銷毀所帶來的開銷。

執行緒池執行緒預設為後台執行緒（IsBackground）。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //将工作项加入到线程池队列中，这里可以传递一个线程参数
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(TestMethod, "Hello");
            Console.ReadKey();
        }

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

五、Task類別

使用ThreadPool的QueueUserWorkItem()方法發起一次非同步的執行緒執行很簡單，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麼時候完成，有沒有一個內建的機制在操作完成後獲得一個回傳值。為此，可以使用System.Threading.Tasks中的Task類別。

建構一個Task對象，並為泛型TResult參數傳遞一個操作的回傳類型。

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;} //结果太大，抛出异常
            return sum;
        }
    }
}

一個任務完成時，自動啟動一個新任務。
一個任務完成後，它可以啟動另一個任務，下面重寫了前面的程式碼，不阻塞任何執行緒。

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;} //结果溢出，抛出异常
            return sum;
        }
    }
}

六、委託非同步執行

委託的非同步呼叫：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");

            //异步执行完成
            string resultstr = mydelegate.EndInvoke(result);
        }

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

        //异步回调函数
        public static void TestCallback(IAsyncResult data)
        {
            Console.WriteLine(data.AsyncState);
        }
    }
}

七、執行緒同步

　　1）原子操作一次（Interlocked）：所有方法都是執行一次原子或讀取一次原子操作寫入操作。

　　2）lock()語句：避免鎖定public類型，否則實例將超出程式碼控制的範圍，定義private物件來鎖定。

　　3）Monitor實作執行緒同步

　　　　透過Monitor.Enter() 和 Monitor.Exit()實現排它鎖的取得和釋放，取得之後獨佔資源，不允許其他執行緒存取。

　　　　還有一個TryEnter方法，請求不到資源時不會阻塞等待，可以設定超時時間，取得不到直接回傳false。

　　4）ReaderWriterLock

　　　　當對資源操作讀取多寫少的時候，為了提高資源的利用率，讓讀取操作鎖為共享鎖，多個執行緒可以並發讀取資源，而寫操作為獨佔鎖定，只佔鎖定允許一個線程操作。

　　5）事件（Event）類別實現同步

　　　　事件類別有兩種狀態，終止狀態和非終止狀態，終止狀態時呼叫WaitOne可以請求成功，透過Set將時間狀態設為終止狀態。

　　　　1）AutoResetEvent（自動重置事件）

　　　　2）ManualResetEvent（手動重置事件）

　6）信號量是信號量（〔〕〜〜　維護的int變量，為0時，執行緒阻塞，大於0時解除阻塞，當一個信號量上的等待執行緒解除阻塞後，信號量計數+1。

　　　　　　線程透過WaitOne將信號量減1，透過Release將信號量加1，使用很簡單。

　　7）互斥體（Mutex）

　　　　　　獨佔資源，用法與Semaphore相似。

 　 8）跨進程間的同步

　　　　　　透過設定同步物件的名稱就可以實現系統級的同步，不同應用程式透過同步物件的名稱識別不同同步物件。