C# 线程

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huuhghhgyg 3月 25, 2022
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Thread 线程

一个可执行路径，独立于其它线程执行。

线程被抢占

线程的执行与另外一个线程上代码的执行交织的那一点。

线程的属性&特性

  • 线程一旦开始执行，IsAlive为true；线程结束变成false
  • 线程结束的条件：线程构造函数传入的委托执行结束
  • 线程一旦结束，无法重启
  • 每个线程都有Name属性，通常用于调试。Name只能设置一次，更改会抛出异常。
  • 静态的Thread.CurrentThread属性返回当前执行的线程。

Join

调用Join方法，可以等待另一个线程结束。

Thread t = new Thread(Go);
t.Start(); //开始线程
t.Join(); //等待线程执行完成
Console.WriteLine("Thread t has ended!"); //线程结束

static void Go() //线程构造函数传入的委托
{
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
        Console.Write('y');
}

添加超时

调用Join的时候，可以设置一个超时，可以使用毫秒或者TimeSpan
如果返回true，线程结束；如果超时，返回false

bool IsTerminated = thread1.Join(2000); //等待2秒后线程是否执行结束

Sleep

Thread.Sleep()方法会暂停当前的线程，并等待一段时间。可以是毫秒或者TimeSpan

Thread.Sleep(500); //线程休眠500ms
  • Thread.Sleep(0)会导致线程立即放弃当前的时间片，自动将CPU移交给其它线程。
  • Thread.Yield()做同样的事情，但是它只会把执行交给同一处理器上的其它线程。
  • 当等待Sleep或Join的时候，线程处于阻塞的状态。

    阻塞：正在等待某一事件发生，根据原因可设置多个阻塞队列

❔ 如果在代码中任何地方插入Thread.Yield()就破坏了程序，程序几乎肯定会有bug

阻塞

线程的执行由于某种原因导致暂停。
可以通过ThreadState属性判断线程是否处于被阻塞的状态。

ThreadState

ThreadState是一个flags enum(可以有多个枚举值)，通过**按位**的形式可以合并数据的选项。

枚举值是2^n

举例

状态（只列举部分状态） 枚举值 二进制枚举值
ThreadState.Unstarted 8 1000 (2^3)
ThreadState.Stopped 16 10000 (2^4)
ThreadState.WaitSleepJoin 32 100000 (2^5) 
var state = ThreadState.Unstarted | ThreadState.Stopped | ThreadState.WaitSleepJoin;
// 得到的状态为xxx000

通过ThreadState判断线程是否处于被阻塞的状态

bool blocked = (someThread.ThreadState & ThreadState.WaitSleepJoin) != 0;

线程状态图

常用的线程状态

  • Unstarted：未开始
  • Running：运行
  • WaitSleepJoin：阻塞
  • Stopped：停止

剥离出这四种状态

public static ThreadState SimpleThreadState(ThreadState ts)
{
    return ts & (ThreadState.Unstarted |
                ThreadState.WaitSleepJoin |
                ThreadState.Stopped);
}

解除阻塞

四种情况

  • 阻塞条件被满足
  • 操作超时（如果设置了超时）
  • Thread.Interrupt()进行打断
  • Thread.Abort()进行中止

异常处理

创建线程时在作用范围内的try/catch/finally块，在线程开始执行后就与线程无关了。

在WPF、WinForm里，可以订阅全局异常处理事件：

  • Application.DispatcherUnhaandledException
  • Application.ThreadException

主线程（UI线程）上有未处理的异常，会触发以上两个线程；非UI线程不会触发以上两个线程。

任何线程有任何未处理的异常都会触发：

  • AppDomain.CurrentDomain.UnhandledException

前台和后台线程

默认情况下，手动创建的线程是前台线程。

  • 只要由前台线程在运行，应用程序就会一直处于活动状态，后台线程却不行。
  • 一旦所有的前台线程停止，那么应用程序就停止，任何的后台线程也会突然终止。
    可以通过IsBackground判断线程是否后台线程。

线程优先级

线程的优先级（Thread的Priority属性）决定了相对于操作系统中其它活跃线程所占的执行时间。
优先级：enum ThreadPriority {Lowest, BelowNormal, Normal, AboveNormal, Highest}

信号

有时候需要让线程一直处于等待的状态，直至接收到其它线程发来的通知。这就叫做signaling（发送信号）
最简单的信号结构为ManualResetEvent，调用其上面的WaitOne()方法会阻塞当前的线程，直到另一个线程通过调用Set()方法来开启信号。

var signal = new ManualResetEvent(false);
new Thread(()=>
{
    Console.WriteLine("Waiting for signal...");
    signal.WaitOne();
    signal.Dispose();
    Console.WriteLine("Got signal!");
}).Start();

Thread.Sleep(3000);
signal.Set(); //打开信号（线程）

调用完Set()之后，信号会处于“打开”状态，可以通过调用Reset()方法将其关闭。

富客户端应用程序的线程

在有UI的程序中，如果在主线程执行耗时的操作，就会导致整个程序无响应。针对这种耗时的操作，一种流行的做法是启用一个worker线程，执行完操作后再将结果更新到UI。
富客户端应用的线程模型：

  • UI元素和控件只能从创建它们的线程来进行访问（通常是主UI线程）

  • 当想从worker线程更新UI的时候，必须把请求交给UI线程
    如：在WPF中，在元素的Dispatcher对象上调用BeginInvoke或Invoke；在WinForm中，调用控件的BeginInvoke或Invoke；UWP中，调用Dispatcher对象上的RunAsync或Invoke。这些方法都接收一个委托。

  • BeginInvoke或RunAsync通过将委托排队到UI线程的消息队列来执行工作。

  • Invoke也会执行相同的操作，但随后会进行阻塞，直到UI线程读取并处理消息。所以Invoke允许从方法中获取返回值。

从其它线程直接更改UI会引发System.InvalidOperationException错误（无法更新主线程上的UI）
应该调用Dispatcher.BeginInvoke()，把委托排队发送到UI线程的消息队列（处理键盘鼠标事件、定时事件等）

Action action = () => MessageText.Text = message; // 委托
Dispatcher.BeginInvoke(action); // 将委托发送到消息队列

线程池

线程池可以通过预先创建一个可循环使用线程的池来减小类似“创建一个新的局部变量栈(stack)”这样的开销。
线程池允许在不被线程启动的开销淹没的情况下运行短期操作。（操作事件没有线程启动的时间长）
线程池对于高效的并行编程和细粒度的并发是必不可少的。

使用线程池需要注意的几点：

  • 不可以设置池线程的Name
  • 池线程都是后台线程
  • 阻塞池线程可使性能降级
  • 可以自由地更改池线程的优先级，当它释放回池的时候优先级将还原为正常状态。
  • 可以通过Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread属性判断是否执行在池线程上。

进入线程池
最简单的、显式地在线程池运行代码地方式就是Task.Run

参考资料

位操作

运算符 含义
& 按位与
\ 按位或
^ 按位异或
<< 左移
>> 右移

按位与(&)和按位或(|)

按位与(&)和按位或(|)运算规则同与(&&)和或(|)，不同在于按位运算是按照二进制位运算。

例如：一个二进制数1101 1001，只要它的后四位
只需要进行如下操作：1101 1001 & 0000 1111即可。
数值 1101 1001
& 与运算 0000 1111
结果 0000 1001
按位或运算同理

按位异或(^)

只要参与运算的双方不同，结果为1，否则为0

运算 结果
0^0 0
0^1 1
1^0 1
1^1 0

左移

将目标二进制数字向左/右移动相应的位数
换算为十进制为原来的1/2
左移补0;
1011 1111 << 1 == 0111 1110

右移

需要看符号位：负数补1，正数补0
换算为十进制为原来的1/2
1011 1111 >> 1 == 0101 1111

位移运算：左乘右除

上下文切换

当线程阻塞或解除阻塞时，操作系统将执行上下文切换。

  • I/O-bound 花费大部分时间等待某件事发生的操作。
  • Compute-bound或CPU-bound 花费大部分事件执行CPU密集型工作的操作

引用

ThreadState 枚举 (System.Threading) | Microsoft Docs

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本文链接：
https://huuhghhgyg.github.io/2022/03/25/CSharpThread/
发文时间
3月 25, 2022
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