C#多线程详解-优快云博客

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一、进程与线程

1、定义

进程：是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，记录当前程序在运行的时候对各种资源的消耗，是一个虚拟概念
线程：线程是进程的实例，计算机在执行某个动作，一个最小的执行流，也是虚拟概念
句柄：句柄其实就是一个数字，对应计算机程序中的最小单位，如：当前程序运行Id。

2、关系

一个进程包括多个线程

二、C# 中的多线程

Thread是对计算机资源操作的一种封装类

1、同步方法

本质

 发起调用后，代码一行一行按照顺序执行，符合正常的开发思维，而且线程id是唯一不变的,说明所有的操作都是在同一个线程中执行的

特点

1. 卡顿界面：UI线程（主线程）处理所有的动作和计算，在执行过程中主线程一直被占用，不能再进行其他动作，直到主线程闲置，非常影响用户体验；
2. 运行速度慢，消耗资源少；
3. 同步方法是有序执行的。

（1）创建一个windows窗体应用，新建一个按钮，按钮事件执行以下代码

/// <summary>
/// 同步方法
///     特点：发起调用，代码一行一行按照顺序执行，符合正常的开发思维，而且线程id是唯一不变的
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void SyncBtn_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId 当前线程id
    Console.WriteLine($"==================SyncBtn_Click start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        string name = $"SyncBtn_Click_{i}";
        this.DoSomething(name);
    }
    Console.WriteLine($"==================SyncBtn_Click end   {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
}

（2）再添加一个模拟资源消耗的方法

#region private methods
/// <summary>
/// 模拟比较消耗资源的方法
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
private void DoSomething(string name)
{
    Console.WriteLine($"==================DoSomething start {name} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
    long result = 0;
    //循环一百万次
    for (int i = 0; i < 1000_000; i++)
    {
        result += i;
    }
    //Thread.Sleep(2000);
    Console.WriteLine($"==================DoSomething end   {name} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")} {result}========================");
}
#endregion

（3）运行
在这里插入图片描述

2、异步方法

本质

发起调用之后，主线程不等待完成，直接进进行下一步操作，发起新的线程来执行指定动作（每个线程的id都不同，与主线程id也不同）

特点

1. 不卡顿界面：UI线程（主线程）闲置，计算任务交给子线程执行，改善了用户体验，应用场景如发送短信邮件等；
2. 运行速度高：实现多线程并发，以资源换性能；
3. 异步方法无序执行：启动无顺序，线程资源是向操作系统申请的，由操作系统的调度策略决定，所以线程启动顺序是随机的，导致执行也是无序的，因此CPU分片执行结束也是无序的。

注：
CPU分片：假设CPU 1秒内能进行10亿次计算，把1秒内的计算能力再次切分，由操作系统去调度执行不同的计算
宏观上：相当于多个任务并发执行
微观上：一个物理CPU同一时刻，只能完成一个任务

（1）新建一个按钮，按钮事件执行以下代码

/// <summary>
/// 异步方法
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void AsyncBtn_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Console.WriteLine($"==================AsyncBtn_Click start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
    Action<string> action = this.DoSomething;
    action.Invoke("AsyncBtn_Click");
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        string name = $"AsyncBtn_Click{i}";
        //分配一个新的线程去执行委托（目前dotnet core中不支持该方法）
        action.BeginInvoke(name, null, null);
    }
    Console.WriteLine($"==================AsyncBtn_Click end   {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
}

但是这里有一个问题，就是截至2020年
9月14日dotnet core 还不支持BeginInvoke方法，所以需要创建一个.net framework版本的窗体应用来模拟，代码是一样的。
在这里插入图片描述
（2）运行

（3）分析

之所以会出现DoSomething 方法中的start打印完成后不是接着打印end，是因为，在这5个线程中调用DoSomething都是同时进行的，任何一个线程都不会等待另外一个线程执行。

（4）运行速度对比
同步方法耗时28毫秒，异步方法耗时3毫秒，性能大约是同步方法的9倍，但是实际不能达到9倍，因为线程调度也要消耗资源（但是Thread.Sleep只是等待，不消耗资源）
在这里插入图片描述

三、多线程进阶

1、控制线程执行顺序

通过异步回调委托，就实现了控制线程的顺序

思考：如果想多线程调用DoSomething完成之后，打印一句话（执行某个动作），该怎么做？
方式一：可以实现吗？

/// <summary>
/// 异步方法进阶
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void AdvancedAsync_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Console.WriteLine($"==================AdvancedAsync_Click start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
    Action<string> action = this.DoSomething;

    //AsyncCallback callback = ar =>
    //{
    //    Console.WriteLine("AdvancedAsync_Click执行成功！");
    //};

    action.BeginInvoke("AdvancedAsync_Click", null, null);

    Console.WriteLine("AdvancedAsync_Click执行成功！");

    Console.WriteLine($"==================AdvancedAsync_Click end   {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
}

结果：很明显不符合需求
在这里插入图片描述
方式二：利用异步回调委托AsyncCallback，如果给异步回调委托中传递了参数，可以通过回调委托对象IAsyncResult的AsyncState属性获得

 /// <summary>
 /// 异步方法进阶
 /// </summary>
 /// <param name="sender"></param>
 /// <param name="e"></param>
 private void AdvancedAsync_Click(object sender, EventArgs e)
 {
     Console.WriteLine($"==================AdvancedAsync_Click start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
     Action<string> action = this.DoSomething;

     //异步回调
     AsyncCallback callback = ar =>
     {
         Console.WriteLine(ar.AsyncState);
         Console.WriteLine("AdvancedAsync_Click执行成功！");
     };
	//第二个参数是异步回调委托，第三个参数是给异步回调委托中传递参数
     action.BeginInvoke("AdvancedAsync_Click", callback, "异步回调参数，可以是任意类型，通过AsyncState属性获得");

     //Console.WriteLine("AdvancedAsync_Click执行成功！");

     Console.WriteLine($"==================AdvancedAsync_Click end   {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
 }

结果：符合需求
在这里插入图片描述

2、获取线程返回值

（1）获取返回状态
会阻塞主线程，这里有一个小坑，如果子线程执行完成，就不会再执行while条件判断，也就是说，在子线程执行完成前可以获得返回状态，但是执行完成那一刻是获取不到的，除非再次点击按钮获取状态

/// <summary>
/// 获取异步执行状态
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void Process_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Console.WriteLine($"==================Process_Click start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
    Func<int> func = () =>
    {
        return DateTime.Now.Year;
    };
    //异步回调
    AsyncCallback callback = ar =>
    {
        Console.WriteLine(ar.AsyncState);
    };
    //获取异步执行状态（对前面委托的动作执行后的描述）
    IAsyncResult asyncResult = func.BeginInvoke(callback, "异步回调参数");
    int i = 1;
    while (!asyncResult.IsCompleted)
    {
        if (i <= 9)
        {
            Console.WriteLine($"已完成{i * 10}%。。。。");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine($"已完成100%。。。。");
        }
        i++;
    }
    Console.WriteLine($"==================Process_Click end   {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH.mm.ss.fff")}========================");
}

执行结果
在这里插入图片描述
（2）获取返回值

方式一：在回调函数中获取

//异步回调
 AsyncCallback callback = ar =>
{
  int result = func.EndInvoke(ar);
  Console.WriteLine(result);
};

方式二

//获取返回结果，会阻塞主线程
int result = func.EndInvoke(asyncResult);
Console.WriteLine(result);

在这里插入图片描述上面两种方式可以达到相同的效果，因为异步回调函数是在异步执行完成后执行，且EndInvoke只能被调用一次，所以上述两种方式不能同时出现。

（3）其他

//等待异步委托执行完毕，会阻塞主线程
asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();
//一直等待任务完成，会阻塞主线程
asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(-1);
//限时等待；这里例子最多等待2s，会阻塞主线程
asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(2000);