C__细说多线程(上下)(转).pdf
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1、原文链接http:/ 0495.htmI引言本文主要从线程的基础用法,CLR线程池当中工作者线程与I/O线程的开发,并行操作PLINQ等多个方面介绍多线程的开发。其中委托的Beginlnvoke方法以及回调函数最为常用。而I/O线程可能容易遭到大家的忽略,其实在开发多线程系统,更应该多留意I/O线程的操作。特别是在ASP.NET开发当中,可能更多人只会留意在客户端使用Ajax或者在服务器端使用UpdatePaneL其实合理使用I/O线程在通讯项目或文件下载时,能尽可能地减少I IS的压力。并行编程是Framework4.0中极力推广的异步操作方式,更值得更深入地学习。希望本篇文章能对各位的学习
2、研究有所帮助,当中有所错漏的地方敬请点评。目录一、线程的定义二、线程的基础知识三、以Threadstart方式实现多线程四、CLR线程池的工作者线程五、CLR线程池的I/O线程六、异步 SqlCommand七、并行编程与PLINQ八、计时器与锁一、线程的定义1.1进程、应用程序域与线程的关系进 程(Process)是Windows系统中的一个基本概念,它包含着一个运行程序所需要的资源。进程之间是相对独立的,一个进程无法访问另一个进程的数据(除非利用分布式计算方式),一个进程运行的失败也不会影响其他进程的运行,Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。进程可以理解为一个程序的基
3、本边界。应用程序域(AppDomain)是一个程序运行的逻辑区域,它可以视为一个轻量级的进程,.NET的程序集正是在应用程序域中运行的,一个进程可以包含有多个应用程序域,一个应用程序域也可以包含多个程序集。在一个应用程序域中包含了一个或多个上下文context,使用上下文CLR就能够把某些特殊对象的状态放置在不同容器当中。线 程(Thread)是进程中的基本执行单元,在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。在.NET应用程序中,都是以Main()方法作为入口的,当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器(Thread Local Sto
4、rage,TLS)组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态,调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据,TLS主要用于存放线程的状态信息。进程、应用程序域、线程的关系如下图,一个进程内可以包括多个应用程序域,也有包括多个线程,线程也可以穿梭于多个应用程序域当中。但在同一个时刻,线程只会处于一个应用程序域内。由于本文是以介绍多线程技术为主题,对进程、应用程序域的介绍就到此为止。关于进程、线程、应用程序域的技术,在“C#综合揭秘细说进程、应用程序域与上下文”会有详细介绍。1 .2多线程在 单CPU系统的一个单位时间(time slice)内,CPU只能运行单个线程,运行顺序取决于线程的优先
5、级别。如果在单位时间内线程未能完成执行,系统就会把线程的状态信息保存到线程的本地存储器(T L S)中,以便下次执行时恢复执行。而多线程只是系统带来的一个假像,它在多个单位时间内进行多个线程的切换。因为切换频密而且单位时间非常短暂,所以多线程可被视作同时运行。适当使用多线程能提高系统的性能,比如:在系统请求大容量的数据时使用多线程,把数据输出工作交给异步线程,使主线程保持其稳定性去处理其他问题。但需要注意一点,因为CPU需要花费不少的时间在线程的切换上,所以过多地使用多线程反而会导致性能的下降。返回目录二、线程的基础知识2.1 System.Threading.Thread 类System.T
6、h reading.Th read是用于控制线程的基础类,通过Thread可以控制当前应用程序域中线程的创建、挂起、停止、销毁。它包括以下常用公共属性:属性名称说明Currentcontext获取线程正在其中执行的当前上下文。CurrentThread获取当前正在运行的线程。Executioncontext获取一个Executioncontext对象,该对象包含有关当前线程的各种上卜.文的信息。IsAlive获取个值,该值指示当前线程的执行状态。IsBackground获取或设置一个值,该值指示某个线程是否为后台线程。IsThreadPoolThread获取一个值,该值指示线程是否属于托管线程
7、池。ManagedThreadld获取当前托管线程的唯标识符。Name获取或设置线程的名称。Priority获取或设置个值,该值指示线程的调度优先级。Threadstate获取一个值,该值包含当前线程的状态。2.1.1 线程的标识符ManagedThreadld是确认线程的唯一标识符,程序在大部分情况下都是通过Thread.ManagedThreadld来辨另U线程的。而Name是一个可变值,在默认时候,Name为一个空值N ull,开发人员可以通过程序设置线程的名称,但这只是一个辅助功能。2.1.2 线程的优先级别,NET为线程设置了 Priority属性来定义线程执行的优先级别,里面包含5
8、个选项,其中Normal是默认值。除非系统有特殊要求,否则不应该随便设置线程的优先级别。成员名称 说明Lowest 可以将Thread安排在具有任何其他优先级的线程之后。BelowNormal可以将Thread安排在具有Normal优先级的线程之后,在具有Lowest优先级的线程之前。默 认 选 择。可 以 将Thread安 排 在 具 有AboveNormal优先级的线程之后,在具有NormalBelowNormal优先级的线程之前。AboveNormal可以将Thread安排在具有Highest优先级的线程之后,在具有Normal优先级的线程之前。Highest 可以将Thread安排在具
9、有任何其他优先级的线程之前。2.1.3 线程的状态通过ThreadState 可以检测线程是处于 Unstarted、Sleeping、Running 等等状态,它 比IsAlive属性能提供更多的特定信息。前面说过,一个应用程序域中可能包括多个上下文,而通过Currentcontext可以获取线程当前的上下文。CurrentThread是最常用的一个属性,它是用于获取当前运行的线程。2.1.4 System.Th read in g.Th read 的方法Thread中包括了多个方法来控制线程的创建、挂起、停止、销毁,以后来的例子中会经常使用。方法名称说明Abort()终止本线程。GetDo
10、main()返回当前线程正在其中运行的当前域。GetDomainld()返回当前线程正在其中运行的当前域Idolnterrupt()中断处于WaitSleepJoin线程状态的线程。Join()已重载。阻塞调用线程,直到某个线程终止时为止。Resume()继续运行一挂起的线程。Start()执行本线程。Suspend()挂起当前线程,如果当前线程已属于挂起状态则此不起作用Sleep()把正在运行的线程挂起段时间。123452.1.5开发实例以下这个例子,就是通过Thread显示当前线程信息static void Main(string args)(Thread thread=Thread.Cu
11、rrentThread;thread.Name=Main Thread*;string threadMessage=string.Format(Thread ID:0n CurrentAppDomainld:1n+6 Current Contextld:2n Thread Name:3n n+7 Thread State:4n Thread Priority:5nthread.ManagedThread工d,Thread.GetDomainlD()z Thread.Currenteontext.Context ID,9 thread.Name,thread.Threadstate,thread
12、.Priority);10 Console.WriteLine(threadMessage);11 Console.ReadKey();12运行结果2.2 System.Threading 命名空间在Sy st e m.Th read i n g命名空间内提供多个方法来构建多线程应用程序,其中ThreadPool与Thread是多线程开发中最常用到的,在.NET中专门设定了一个CLR线程池专门用于管理线程的运行,这个CLR线程池正是通过ThreadPool类来管理。而Thread是管理线程的最直接方式,下面几节将详细介绍有关内容。类说明AutoResetEvent通知正在等待的线程一发生事件。
13、无法继承此类。Executioncontext管理当前线程的执行上卜文。无法继承此类。1 nterlocked为多个线程共享的变量提供原子操作。Monitor提供同步对对象的访问的机制。Mutex一个同步基元,也可用于进程间同步。Thread创建并控制线程,设置其优先级并获取其状态。Th readAbort Except ion在 对Abort方法进行调用时引发的异常。无法继承此类。ThreadPool提供一个线程池,该线程池可用于发送工作项、处理异步I/O、代表其他线程等待以及处理计时器。Timeout包含用于指定无限长的时间的常数。无法继承此类。Timer提供以指定的时间间隔执行方法的机制
14、。无法继承此类。WaitHandle封装等待对共享资源的独占访问的操作系统特定的对象。在System.Threading中的包含了下表中的多个常用委托,其中Threadstart、Param eterizedThreadStart 是最常用到的委托。由Threadstart生成的线程是最直接的方式,但由Threadstart所生成并不受线程池管理。而ParameterizedThreadStart是为异步触发带参数的方法而设的,在下一节将为大家逐一细说。委托说明Contextcallback表示要在新上下文中调用的方法。Param eterizedThreadStart表示在Thread上执行
15、的方法。Thread Except ion Event Handler表示将要处理Application的ThreadException事件的方法。ThreadStart表示在Thread上执行的方法。TimerCallback表示处理来自Tim er的调用的方法。WaitCallback表示线程池线程要执行的回调方法。WaitOrTimerCallback表示当WaitHandle超时或终止时要调用的方法。2.3线程的管理方式通过Threadstart来创建一个新线程是最直接的方法,但这样创建出来的线程比较难管理,如果创建过多的线程反而会让系统的性能下载。有见及此,.NET为线程管理专门设置
16、了一个CLR线程池,使 用CLR线程池系统可以更合理地管理线程的使用。所有请求的服务都能运行于线程池中,当运行结束时线程便会回归到线程池。通过设置,能控制线程池的最大线程数量,在请求超出线程最大值时,线程池能按照操作的优先级别来执行,让部分操作处于等待状态,待有线程回归时再执行操作。基础知识就为大家介绍到这里,下面将详细介绍多线程的开发。返回目录三、以Threadstart方式实现多线程3.1 使用 ThreadStart 委托这里先以一个例子体现一下多线程带来的好处,首先在Message类中建立一个方 法ShowMessage(),里面显示了当前运行线程的Id,并使用Thread.Sleep
17、(int)方法模拟部分工作。在main()中通过ThreadStart委托绑定Message对象向ShowMessage()方法,然后通过Thread.Start()执行异步方法。电1 public class Message2(public void ShowMessage()45 string message=string.Format(Async threadld is:0 M,6 Thread.CurrentThread.ManagedThreadld);7 Console.WriteLine(message);89 for(int n=0;n 10;n+)1011Thread.Sle
18、ep(300);Console.WriteLine(HThe number is:”+n.ToString();13)14 15 1617 class Program18 19 static void Main(string args)20(21 Console.WriteLine(Main threadld is:*+22 Thread.CurrentThread.ManagedThreadld);23 Message message=new Message();24 Thread thread=new Thread(new Threadstart(message.ShowMessage);
19、25 thread.Start();26 Console.WriteLine(Do something.!n);27 Console.WriteLine(nMain thread working is complete!n);2829 30 请注意运行结果,在调用Thread.Start。方法后,系统以异步方式运行Message.ShowMessage(),而主线程而操作是继续执行的,在Message.Show Message。完成前,主线程已完成所有的操作。3.2 使用 ParameterizedThreadStart 委托ParameterizedThreadStart 委托与 Threa
20、dstart 委托非常相似,但ParameterizedThreadStart委托是面向带参数方法的。注意对象,电12345678910111213141516171819202122ParameterizedThreadStart对应方法的参数为object,此参数可以为一个值也可以为一个自定义对象。public class Personpublic string Name(get;set;public int Age(get;set;)public class Message(public void ShowMessage(object person)(if(person!=null)(P
21、erson _person=(Person)person;string message=string.Format(nn0*s age is 1!nAsync threadld is:2,23 _person.Name,_person.Age,Thread.CurrentThread.ManagedThreadld);24 Console.WriteLine(message);25 26 for(int n=0;n 10;n+)27 28 Thread.Sleep(300);29 Console.WriteLine(The number is:+n.ToString();30)31 32)33
22、34 class Program35 36 static void Main(string args)37 Console.WriteLine(Main threadld is:n+Thread.CurrentThread.ManagedThreadld);3940 Message message=new Message();41/绑定带参数的异步方法Thread thread=new Thread(new ParameterizedThreadStart(message.ShowMessage);43 Person person=new Person();44 person.Name=*Ja
23、ck;45 person.Age=21;46 thread.Start(person);启动异步线程474 8 Console.Writ eLine(Do something.!*);Console.WriteLine(Main thread working is complete!*);5051)52 运行结果:3.3前台线程与后台线程注意以上两个例子都没有使用Console.ReadKey(),但系统依然会等待异步线程完成后才会结束。这是因为使用Thread.Start()启动的线程默认为前台线程,而系统必须等待所有前台线程运行结束后,应用程序域才会自动卸载。在第二节曾经介绍过线程Thre
24、ad有一个属性IsBackground,通过把此属性设置为tru e,就可以把线程设置为后台线程!这时应用程序域将在主线程完成时就被卸载,而不会等待异步线程的运行。3.4挂起线程为了等待其他后台线程完成后再结束主线程,就可以使用Thread.Sleep。方法。电123456789101112131415161718192021222324252627282930313233public class Messagepublic void ShowMessage()(string message=string.Format(MnAsync threadld is:0zThread.CurrentT
25、hread.ManagedThreadld);Console.WriteLine(message);for(int n=0;n 10;n+)Thread.Sleep(300);Console.WriteLine(The number is:+n.ToString();)class Programstatic void Main(string args)(Console.WriteLine(uMain threadld i s:+Thread.CurrentThread.ManagedThreadld);Message message=new Message();Thread thread=ne
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