C#基础-多线程

C# 多线程

闲得蛋疼，记录一下线程的基础概念和常规用法

基础概念

**进程：**应用程序(typerpa、word、IDEA)运行的时候进入到内存，程序在内存中占用的内存空间(进程)。

• 是程序(任务)的一个执行过程，是动态的。
• 持有资源(共享内存，共享文件)和线程。

线程：进程中负责程序运行的执行单元，也叫执行路径。

• 可以将进程看作一个班级，线程看作班级里的学生，学生通过使用共享资源(教师、桌椅、黑板)进行学习。
• 多线程技术解决了多部分代码同时执行的需求，能够更好的利用cpu的资源。

线程任务：线程执行的代码内容。

并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行处理逻辑，实现真正的同时。

• 如果电脑的CPU是多核处理器(4核)，那就可以做到同时处理4个线程，从真正意义上做到多线程并行。线程的最大并行数量上限是CPU核心的数量，但是，往往电脑运行的线程的数量远大于CPU核心的数量，所以　还是需要CPU时间片的切换。

并发：通过cpu的调度算法，快速的切换线程执行线程任务，并不是真正意义上的同时。

线程安全：同一段代码在多线程使用下，不会因为线程的调度顺序而影响任何结果。在出现共享资源的情况下容易出现线程安全问题。确保线程的安全要优先于性能。

争用条件：当多个线程共享访问同一数据时，每个线程都尝试操作该数据，从而导致数据被破坏，这种现象称为争用条件。

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注意，尽管多线程的使用可以提升程序的运行效率，充分发挥CPU的作用，但多线程并不是所有时候都可以随便使用的，多线程在时间和空间上都是有开销的，当超过一定限度之后，多线程开得越多，性能反而会下降。因此使用时应该根据实际需求，谨慎使用。

空间上的开销

• Thread内核数据结构：线程的ID和线程环境都在CPU寄存器中占用空间。例如在CPU进行时间片切换的时候，没有处理完的数据会存储在CPU的相关空间中。
• 用户堆栈模式：用户程序中的局部变量和参数传递所使用的堆栈。常见的异常：StackOverFlowException（堆栈溢出）就是内存占存过多，导致溢出异常。

时间上的开销

• 资源使用通知的开销：因为一个程序会调用很多的托管和非托管的dll或exe资源，使用前需要先进行通知确认，这都是需要时间的。
• 时间片切换开销。

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Thread

一、线程的简单使用

在C#中启动多线程需要实例化一个 Thread对象，然后在构造方法中传入委托对象，为了方便一般会直接传入lambda表达式, 这个lambda表达式中执行的代码片段就是新的线程中所需要执行的任务。

最后，调用Thread对象Start()方法来启动新线程。

static void Main(string[] args)
{
    var thread = new Thread(() =>
    {
        Print();
    });
    thread.Start();
    Console.WriteLine($"主线程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    Console.WriteLine("主线程结束!");
}

private static void Print()
{
    for (var i = 0; i< 100; i++)
    {
        Console.WriteLine($"子线程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}------{i}");
        Thread.Sleep(1000);
    }
}

另外提一下，因为线程的构造函数Thread()中所需要传入的参数是一个委托对象，所以如果任务函数不需要传入任何参数，可以直接将任务函数的名称作为参数传给构造函数。

var thread = new Thread(Print);

此外，如果需要提前终结线程，可以使用Thread对象的Abort()方法。

Abort()：在调用此方法的线程上引发 System.Threading.ThreadAbortException，通过处理异常，去决定程序的终止与否（例如直接不理会异常导致整个程序终止），并不能直接终止线程。

• 该方法已经过时弃用，不建议使用。

二、前台线程&后台线程

从上面的例子中可以看到，当程序运行起来后，主线程已经运行结束了，但是程序却没有停止，子线程依然在运行，依然每隔1秒输出一次。

这种情况下，持续运行的子线程就被称作前台线程（Foreground Thread）。

一般来说，在前台线程中执行的任务都比较重要，所以，只有等待所有的前台线程结束以后程序才能关闭。

相对而言，后台线程执行的任务就不是那么重要了，只要主线程和所有的前台线程执行结束，就算后台线程的任务还没完成，也会强行打断直接退出。

在 .Net中，除了主线程以外，任何一个线程都可以在任何时候在前台和后台之间随意切换。代码也非常简单，只需要将它的IsBackground属性设置为true，那么这个线程就可以被切换为后台线程了。

var thread = new Thread(() =>
{
    Print();
});
thread.IsBackground = true;
thread.Start();

特点：

后台线程不会影响进程的终止，属于某个进程的所有前台线程都终止后，该进程就会被终止，所有剩余的后台线程都会被强制停止。

可以在任何时候（线程开始前或开始后都可以）将前台线程修改为后台线程，方式是设置IsBackground属性。

不管是前台线程还是后台线程，如果线程内出现了异常，都会导致进程的终止。

托管线程池中的线程都是后台线程，使用new Thread方式创建的线程默认都是前台线程。

三、线程池

线程是非常消耗资源的，如果我们每次需要子线程来执行任务，就去创建一个新的线程，那当我们执行1千次1万次甚至是100万次的时候，那么估计电脑硬件也受不了这么大的资源消耗。

对于这种情况我们就需要使用线程池来管理线程了。只要是通过线程池创建的线程，那么它的所有的生命周期都会托管在线程池内。所有线程池中的线程都是后台线程，线程池会检查程序当前的运行状态，当程序启动时，线程池内的线程也会开始工作；而当Main方法结束以后，线程池会自动关闭，同时中断所有正在运行的线程。

线程池的使用方式很简单，直接调用线程池ThreadPool类中的静态方法QueueUserWorkItem()来创建线程池内的线程就可以了。

static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack)：参数为一个带一个object类型参数的委托，最后返回bool值成功则返回true。

static void