C#的多线程机制初探(1)

一.多线程的概念

Windows是一个多任务的系统,如果你使用的是windows 2000及其以上版本,你可以通过任务管理器查看当前系统运行的程序和进程。什么是进程呢?当一个程序开始运行时,它就是一个进程,进程所指包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。而一个进程又是由多个线程所组成的,线程是程序中的一个执行流,每个线程都有自己的专有寄存器(栈指针、程序计数器等),但代码区是共享的,即不同的线程可以执行同样的函数。多线程是指程序中包含多个执行流,即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务,也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。浏览器就是一个很好的多线程的例子,在浏览器中你可以在下载java小应用程序或图象的同时滚动页面,在访问新页面时,播放动画和声音,打印文件等。

多线程的好处在于可以提高CPU的利用率——任何一个程序员都不希望自己的程序很多时候没事可干,在多线程程序中,一个线程必须等待的时候,CPU可以运行其它的线程而不是等待,这样就大大提高了程序的效率。

然而我们也必须认识到线程本身可能影响系统性能的不利方面,以正确使用线程:

线程也是程序,所以线程需要占用内存,线程越多占用内存也越多
多线程需要协调和管理,所以需要CPU时间跟踪线程
线程之间对共享资源的访问会相互影响,必须解决竞用共享资源的问题
线程太多会导致控制太复杂,最终可能造成很多Bug

基于以上认识,我们可以一个比喻来加深理解。假设有一个公司,公司里有很多各司其职的职员,那么我们可以认为这个正常运作的公司就是一个进程,而公司里的职员就是线程。一个公司至少得有一个职员吧,同理,一个进程至少包含一个线程。在公司里,你可以一个职员干所有的事,但是效率很显然是高不起来的,一个人的公司也不可能做大;一个程序中也可以只用一个线程去做事,事实上,一些过时的语言如fortune,basic都是如此,但是象一个人的公司一样,效率很低,如果做大程序,效率更低——事实上现在几乎没有单线程的商业软件。公司的职员越多,老板就得发越多的薪水给他们,还得耗费大量精力去管理他们,协调他们之间的矛盾和利益;程序也是如此,线程越多耗费的资源也越多,需要CPU时间去跟踪线程,还得解决诸如死锁,同步等问题。总之,如果你不想你的公司被称为“皮包公司”,你就得多几个员工;如果你不想让你的程序显得稚气,就在你的程序里引入多线程吧!

本文将对C#编程中的多线程机制进行探讨,通过一些实例解决对线程的控制,多线程间通讯等问题。为了省去创建GUI那些繁琐的步骤,更清晰地逼近线程的本质,下面所有的程序都是控制台程序,程序最后的Console.ReadLine()是为了使程序中途停下来,以便看清楚执行过程中的输出。

好了,废话少说,让我们来体验一下多线程的C#吧!

二.操纵一个线程

任何程序在执行时,至少有一个主线程,下面这段小程序可以给读者一个直观的印象:

[CODE]
//SystemThread.cs
using System;
using System.Threading;

namespace ThreadTest
{
  class RunIt
  {
    [STAThread]
    static void Main(string[] args)
    {
      Thread.CurrentThread.Name="System Thread";//给当前线程起名为"System Thread"
Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"'Status:"+Thread.CurrentThread.ThreadState);
      Console.ReadLine();
    }
  }
}
[/CODE]

编译执行后你看到了什么?是的,程序将产生如下输出:

System Thread's Status:Running

在这里,我们通过Thread类的静态属性CurrentThread获取了当前执行的线程,对其Name属性赋值“System Thread”,最后还输出了它的当前状态(ThreadState)。所谓静态属性,就是这个类所有对象所公有的属性,不管你创建了多少个这个类的实例,但是类的静态属性在内存中只有一个。很容易理解CurrentThread为什么是静态的——虽然有多个线程同时存在,但是在某一个时刻,CPU只能执行其中一个。

就像上面程序所演示的,我们通过Thread类来创建和控制线程。注意到程序的头部,我们使用了如下命名空间:
[CODE]
using System;
using System.Threading;

[/CODE]
在.net framework class library中,所有与多线程机制应用相关的类都是放在System.Threading命名空间中的。其中提供Thread类用于创建线程,ThreadPool类用于管理线程池等等,此外还提供解决了线程执行安排,死锁,线程间通讯等实际问题的机制。如果你想在你的应用程序中使用多线程,就必须包含这个类。Thread类有几个至关重要的方法,描述如下:

Start():启动线程
Sleep(int):静态方法,暂停当前线程指定的毫秒数
Abort():通常使用该方法来终止一个线程
Suspend():该方法并不终止未完成的线程,它仅仅挂起线程,以后还可恢复。
Resume():恢复被Suspend()方法挂起的线程的执行

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