多線程編程系列之多線程創(chuàng)建和管理

作者：小乖獸技術 2023-06-06 08:17:52

當多個線程或進程同時訪問共享資源時，只有其中一個能夠獲取到Mutex對象并執(zhí)行WaitOne方法，其他線程或進程則需要等待。

一、創(chuàng)建線程的方式

在C#中，創(chuàng)建多線程有兩種常用的方式：

1、使用Thread類

Thread類是C#中處理線程的基礎類，通過實例化Thread類對象并將其傳遞給ThreadStart委托，再調用Start方法啟動線程。例如：

using System.Threading;
// 定義一個方法作為線程執(zhí)行的入口點
void ThreadEntry()
{
// 線程執(zhí)行的代碼邏輯
Console.WriteLine("Thread started.");
}
// 創(chuàng)建線程并啟動
Thread thread = new Thread(new ThreadStart(ThreadEntry));
thread.Start();`

需要注意的是，在使用Thread類創(chuàng)建線程時，需要確保每個線程都擁有獨立的數據和資源，避免出現競爭和同步問題。

2、使用Task類

Task類是C# 4.0引入的并行編程庫中的一種類，通過實例化Task類對象并將其傳遞給Task.Run方法，自動創(chuàng)建并啟動線程。例如：

using System.Threading.Tasks;
// 定義一個方法作為線程執(zhí)行的入口點
void ThreadEntry()
{
// 線程執(zhí)行的代碼邏輯
Console.WriteLine("Thread started.");
}
// 使用Task.Run創(chuàng)建線程并啟動
Task task = Task.Run(() => ThreadEntry());

需要注意的是，在使用Task類創(chuàng)建線程時，可以更方便地處理線程運行的結果和異常，但也需要確保每個線程都擁有獨立的數據和資源。

除此之外，還需要注意以下幾點：

盡可能使用線程池，避免創(chuàng)建過多的線程導致系統負荷過大。
要注意線程安全問題，確保每個線程都擁有獨立的數據和資源。
盡可能避免死鎖和饑餓現象，使用正確的同步機制來保證多線程程序的正確性和穩(wěn)定性。

二、線程的生命周期

多線程的生命周期可以分為以下四個階段：

創(chuàng)建階段：即創(chuàng)建Thread和ThreadStart對象后，線程進入Unstarted狀態(tài)。此時線程還沒有被啟動，未分配系統資源。

就緒階段：當調用線程的Start方法后，線程進入就緒隊列，等待系統分配時間片并運行線程。此時線程已分配系統資源。

執(zhí)行階段：當系統分配時間片并運行線程時，線程進入Running狀態(tài)，開始執(zhí)行線程入口點方法。此時線程正在執(zhí)行相關的操作，完成相應的任務。

終止階段：當線程完成了其執(zhí)行任務或者異常終止時，線程進入Stopped狀態(tài)，釋放系統資源并退出。此時線程已經完成了其使命，不再擁有系統資源。

需要注意的是，在執(zhí)行階段中，線程可能會由于一些原因（如等待、睡眠、IO操作等）而進入WaitSleepJoin狀態(tài)，此時線程會暫時停止執(zhí)行，等待相應的條件滿足后再次進入執(zhí)行階段。

另外，在多線程編程中，需要注意控制線程的生命周期，避免出現線程泄漏、死鎖、饑餓等問題。可以使用合適的同步機制、線程池等手段來控制線程的創(chuàng)建和銷毀，提高程序的性能和可維護性。

線程有以下幾種狀態(tài)：

Unstarted：表示線程已創(chuàng)建但未啟動。
Running：表示線程正在執(zhí)行。
WaitSleepJoin：表示線程處于等待、睡眠或等待其他線程加入的狀態(tài)。
Stopped：表示線程已完成執(zhí)行或被終止。

線程的狀態(tài)可以通過ThreadState枚舉類型來表示。例如：

Thread thread = new Thread(new ThreadStart(ThreadEntry));
thread.Start();
while (thread.ThreadState != ThreadState.Running)
{
// 等待線程啟動
}
while (thread.ThreadState != ThreadState.Stopped)
{
// 等待線程結束
}`

當線程處于不同的狀態(tài)時，狀態(tài)轉換如下：

Unstarted -> Running：調用線程的Start方法，開始執(zhí)行線程入口點方法。
Running -> WaitSleepJoin：線程調用了Sleep、Join等方法，或者等待某個資源的釋放。
WaitSleepJoin -> Running：線程等待的時間到了或者等待的資源被釋放，繼續(xù)執(zhí)行。
Running -> Stopped：線程執(zhí)行完畢或者被強制終止。

需要注意的是，在使用線程時應該盡量避免自旋，以免浪費CPU資源。另外，在多線程編程中，需要特別注意線程的狀態(tài)轉換，避免出現死鎖、饑餓等問題，保證程序的正確性和穩(wěn)定性。

三、線程同步和互斥技術的應用

在多線程編程中，多個線程同時訪問共享資源可能會導致數據不一致或其他的競爭問題。為了解決這些問題，C#提供了多種線程同步和互斥技術，包括以下幾種：

1、 Monitor類

Monitor類是C#中最基本的同步機制，它提供了一個Lock/Unlock模型，用于控制對共享資源的訪問。例如：

private object lockObject = new object();
public void ThreadEntry()
{
lock (lockObject)
{
// 訪問共享資源的代碼
}
}`

當一個線程進入Lock代碼塊時，其他線程必須等待該線程執(zhí)行完畢并退出Lock代碼塊后才能繼續(xù)執(zhí)行，從而實現對共享資源的互斥訪問。

2、Interlocked類

Interlocked類提供了一些原子操作方法，能夠保證多個線程對同一變量進行原子性的操作。例如：

private int count = 0;
private void IncrementCount()
{
Interlocked.Increment(ref count);
}

當多個線程同時調用IncrementCount方法時，每次對count變量的增加操作都是原子性的，避免了出現競爭問題。

3、Mutex類

Mutex類是一種內核對象，可以用于控制對共享資源的訪問。與Monitor類不同的是，Mutex類可以跨進程使用，可以保證同一時間只有一個線程或進程可以訪問共享資源。例如：

private static Mutex mutex = new Mutex();
public void ThreadEntry()
{
mutex.WaitOne();
try
{
// 訪問共享資源的代碼
}
finally
{
mutex.ReleaseMutex();
}
}`