C#多线程系列(1)：Thread

内容目录

1，获取当前线程信息
2，管理线程状态
2.1.3 委托与Lambda
2.2 暂停与阻塞
2.3 线程状态
2.4 终止
2.5 线程的不确定性
2.6 线程优先级、前台线程和后台线程
2.7 自旋和休眠

本篇是《多线程入门和实践(初级)》的第一篇，也是大家相当熟悉和不屑的的最简单的入门部分。作为系列文章，笔者将从最简单的部分开始，与各位伙伴一起不断学习和探究 C# 中的多线程。

对于涉及理论的东西，这里不会过多讨论。更加深入的成分会在中级系列加以说明和探讨，届时会有很多与底层相关的知识。

学习多线程的第一步，就是学习 Thread。Thread 类可以创建和控制线程，设置其优先级并获取其状态。这一篇将开始学习线程的创建和生命周期。

官方文档 Thread 类详细的属性和方法：

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.thread?view=netcore-3.1#properties

来，打开你的 Visual Studio，一起撸代码。

1，获取当前线程信息

Thread.CurrentThread 是一个静态的 Thread 类，Thread 的CurrentThread 属性，可以获取到当前运行线程的一些信息，其定义如下：

public static System.Threading.Thread CurrentThread { get; }

Thread 类有很多属性和方法，这里就不列举了，后面的学习会慢慢熟悉更多 API 和深入了解使用。

这里有一个简单的示例：

        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread = new Thread(OneTest);
            thread.Name = "Test";
            thread.Start();
            Console.ReadKey();
        }

        public static void OneTest()
        {
            Thread thisTHread = Thread.CurrentThread;
            Console.WriteLine("线程标识：" + thisTHread.Name);
            Console.WriteLine("当前地域：" + thisTHread.CurrentCulture.Name);  // 当前地域
            Console.WriteLine("线程执行状态：" + thisTHread.IsAlive);
            Console.WriteLine("是否为后台线程：" + thisTHread.IsBackground);
            Console.WriteLine("是否为线程池线程"+thisTHread.IsThreadPoolThread);
        }

输出

线程标识：Test
当前地域：zh-CN
线程执行状态：True
是否为后台线程：False
是否为线程池线程False

2，管理线程状态

一般认为，线程有五种状态：

新建(new 对象) 、就绪(等待CPU调度)、运行(CPU正在运行)、阻塞(等待阻塞、同步阻塞等)、死亡(对象释放)。

理论的东西不说太多，直接撸代码。

2.1 启动与参数传递

新建线程简直滚瓜烂熟，无非 new 一下，然后 Start()。

Thread thread = new Thread();

Thread 的构造函数有四个：

public Thread(ParameterizedThreadStart start);

public Thread(ThreadStart start);

public Thread(ParameterizedThreadStart start, int maxStackSize);

public Thread(ThreadStart start, int maxStackSize);

我们以启动新的线程时传递参数来举例，使用这四个构造函数呢？

2.1.1 ParameterizedThreadStart

ParameterizedThreadStart 是一个委托，构造函数传递的参数为需要执行的方法，然后在 Start 方法中传递参数。

需要注意的是，传递的参数类型为 object，而且只能传递一个。

代码示例如下：

        static void Main(string[] args)
        {
            string myParam = "abcdef";
            ParameterizedThreadStart parameterized = new ParameterizedThreadStart(OneTest);
            Thread thread = new Thread(parameterized);
            thread.Start(myParam);
            Console.ReadKey();
        }

        public static void OneTest(object obj)
        {
            string str = obj as string;
            if (string.IsNullOrEmpty(str))
                return;

            Console.WriteLine("新的线程已经启动");
            Console.WriteLine(str);
        }

2.1.2 使用静态变量或类成员变量

此种方法不需要作为参数传递，各个线程共享堆栈。

优点是不需要装箱拆箱，多线程可以共享空间；缺点是变量是大家都可以访问，此种方式在多线程竞价时，可能会导致多种问题(可以加锁解决)。

下面使用两个变量实现数据传递：

    class Program
    {
        private string A = "成员变量";
        public static string B = "静态变量";

        static void Main(string[] args)
        {
            // 创建一个类
            Program p = new Program();

            Thread thread1 = new Thread(p.OneTest1);
            thread1.Name = "Test1";
            thread1.Start();

            Thread thread2 = new Thread(OneTest2);
            thread2.Name = "Test2";
            thread2.Start();

            Console.ReadKey();
        }

        public void OneTest1()
        {
            Console.WriteLine("新的线程已经启动");
            Console.WriteLine(A);       // 本身对象的其它成员
        }
        public static void OneTest2()
        {
            Console.WriteLine("新的线程已经启动");
            Console.WriteLine(B);       // 全局静态变量
        }
    }

2.1.3 委托与Lambda

原理是 Thread 的构造函数 public Thread(ThreadStart start);，ThreadStart 是一个委托，其定义如下

public delegate void ThreadStart();

使用委托的话，可以这样写

        static void Main(string[] args)
        {
            System.Threading.ThreadStart start = DelegateThread;

            Thread thread = new Thread(start);
            thread.Name = "Test";
            thread.Start();

            Console.ReadKey();
        }

        public static void DelegateThread()
        {
            OneTest("a", "b", 666, new Program());
        }
        public static void OneTest(string a, string b, int c, Program p)
        {
            Console.WriteLine("新的线程已经启动");
        }

有那么一点点麻烦，不过我们可以使用 Lambda 快速实现。

使用 Lambda 示例如下：

        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread = new Thread(() =>
            {
                OneTest("a", "b", 666, new Program());
            });
            thread.Name = "Test";
            thread.Start();

            Console.ReadKey();
        }

        public static void OneTest(string a, string b, int c, Program p)
        {
            Console.WriteLine("新的线程已经启动");
        }

可以看到，C# 是多么的方便。

2.2 暂停与阻塞

Thread.Sleep() 方法可以将当前线程挂起一段时间，Thread.Join() 方法可以阻塞当前线程一直等待另一个线程运行至结束。

在等待线程 Sleep() 或 Join() 的过程中，线程是阻塞的(Blocket)。

代码示例如下：

        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread = new Thread(OneTest);
            thread.Name = "小弟弟";

            Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:大家在吃饭，吃完饭后要带小弟弟逛街");
            Console.WriteLine("吃完饭了");
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:小弟弟开始玩游戏");
            thread.Start();

            // 化妆 5 s
            Console.WriteLine("不管他，大姐姐化妆先"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));

            Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:化完妆，等小弟弟打完游戏");
            thread.Join();

            Console.WriteLine("打完游戏了嘛？" + (!thread.IsAlive ? "true" : "false"));
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:走，逛街去");
            Console.ReadKey();
        }

        public static void OneTest()
        {
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "开始打游戏");
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:第几局：" + i);
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));      // 休眠 2 秒
            }
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "打完了");
        }

2.3 线程状态

ThreadState 是一个枚举，记录了线程的状态，我们可以从中判断线程的生命周期和健康情况。

其枚举如下：

枚举	值	说明
Initialized	0	此状态指示线程已初始化但尚未启动。
Ready	1	此状态指示线程因无可用的处理器而等待使用处理器。线程准备在下一个可用的处理器上运行。
Running	2	此状态指示线程当前正在使用处理器。
Standby	3	此状态指示线程将要使用处理器。一次只能有一个线程处于此状态。
Terminated	4	此状态指示线程已完成执行并已退出。
Transition	6	此状态指示线程在可以执行前等待处理器之外的资源。例如，它可能正在等待其执行堆栈从磁盘中分页。
Unknown	7	线程的状态未知。
Wait	5	此状态指示线程尚未准备好使用处理器，因为它正在等待外围操作完成或等待资源释放。当线程就绪后，将对其进行重排。

但是里面有很多枚举类型是没有用处的，我们可以使用一个这样的方法来获取更加有用的信息：

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

根据 2.2 中的示例，我们修改一下 Main 中的方法：

        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread = new Thread(OneTest);
            thread.Name = "小弟弟";

            Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:大家在吃饭，吃完饭后要带小弟弟逛街");
            Console.WriteLine("吃完饭了");
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:小弟弟开始玩游戏");
            Console.WriteLine("弟弟在干嘛？(线程状态)：" + Enum.GetName(typeof(ThreadState), GetThreadState(thread.ThreadState)));
            thread.Start();
            Console.WriteLine("弟弟在干嘛？(线程状态)：" + Enum.GetName(typeof(ThreadState), GetThreadState(thread.ThreadState)));
            // 化妆 5 s
            Console.WriteLine("不管他，大姐姐化妆先"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
            Console.WriteLine("弟弟在干嘛？(线程状态)：" + Enum.GetName(typeof(ThreadState), GetThreadState(thread.ThreadState)));
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:化完妆，等小弟弟打完游戏");
            thread.Join();
            Console.WriteLine("弟弟在干嘛？(线程状态)：" + Enum.GetName(typeof(ThreadState), GetThreadState(thread.ThreadState)));
            Console.WriteLine("打完游戏了嘛？" + (!thread.IsAlive ? "true" : "false"));
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:走，逛街去");
            Console.ReadKey();
        }

代码看着比较乱，请复制到项目中运行一下。

输出示例：

2020/4/11 11:01:48:大家在吃饭，吃完饭后要带小弟弟逛街
吃完饭了
2020/4/11 11:01:48:小弟弟开始玩游戏
弟弟在干嘛？(线程状态)：Unstarted
弟弟在干嘛？(线程状态)：Running
不管他，大姐姐化妆先
小弟弟开始打游戏
2020/4/11 11:01:48:第几局：0
2020/4/11 11:01:50:第几局：1
2020/4/11 11:01:52:第几局：2
弟弟在干嘛？(线程状态)：WaitSleepJoin
2020/4/11 11:01:53:化完妆，等小弟弟打完游戏
2020/4/11 11:01:54:第几局：3
2020/4/11 11:01:56:第几局：4
2020/4/11 11:01:58:第几局：5
2020/4/11 11:02:00:第几局：6
2020/4/11 11:02:02:第几局：7
2020/4/11 11:02:04:第几局：8
2020/4/11 11:02:06:第几局：9
小弟弟打完了
弟弟在干嘛？(线程状态)：Stopped
打完游戏了嘛？true
2020/4/11 11:02:08:走，逛街去

可以看到 Unstarted、WaitSleepJoin、Running、Stopped四种状态，即未开始（就绪）、阻塞、运行中、死亡。

2.4 终止

.Abort() 方法不能在 .NET Core 上使用，不然会出现 System.PlatformNotSupportedException:“Thread abort is not supported on this platform.” 。

后面关于异步的文章会讲解如何实现终止。

由于 .NET Core 不支持，就不理会这两个方法了。这里只列出 API，不做示例。

方法	说明
Abort()	在调用此方法的线程上引发 ThreadAbortException，以开始终止此线程的过程。调用此方法通常会终止线程。
Abort(Object)	引发在其上调用的线程中的 ThreadAbortException以开始处理终止线程，同时提供有关线程终止的异常信息。调用此方法通常会终止线程。

Abort() 方法给线程注入 ThreadAbortException 异常，导致程序被终止。但是不一定可以终止线程。

2.5 线程的不确定性

线程的不确定性是指几个并行运行的线程，不确定在下一刻 CPU 时间片会分配给谁(当然，分配有优先级)。

对我们来说，多线程是同时运行的，但一般 CPU 没有那么多核，不可能在同一时刻执行所有的线程。CPU 会决定某个时刻将时间片分配给多个线程中的一个线程，这就出现了 CPU 的时间片分配调度。

执行下面的代码示例，你可以看到，两个线程打印的顺序是不确定的，而且每次运行结果都不同。

CPU 有一套公式确定下一次时间片分配给谁，但是比较复杂，需要学习计算机组成原理和操作系统。

留着下次写文章再讲。

        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread1 = new Thread(Test1);
            Thread thread2 = new Thread(Test2);

            thread1.Start();
            thread2.Start();

            Console.ReadKey();
        }

        public static void Test1()
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine("Test1:" + i);
            }
        }
        public static void Test2()
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine("Test2:" + i);
            }
        }

2.6 线程优先级、前台线程和后台线程

Thread.Priority 属性用于设置线程的优先级，Priority 是一个 ThreadPriority 枚举，其枚举类型如下

枚举	值	说明
AboveNormal	3	可以将安排在具有 `Highest` 优先级的线程之后，在具有 `Normal` 优先级的线程之前。
BelowNormal	1	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。
Highest	4	可以将 Thread 安排在具有任何其他优先级的线程之前。
Lowest	0	可以将 Thread 安排在具有任何其他优先级的线程之后。
Normal	2	可以将 Thread 安排在具有 `AboveNormal` 优先级的线程之后，在具有 `BelowNormal` 优先级的线程之前。默认情况下，线程具有 `Normal` 优先级。

优先级排序：Highest > AboveNormal > Normal > BelowNormal > Lowest。

Thread.IsBackgroundThread 可以设置线程是否为后台线程。

前台线程的优先级大于后台线程，并且程序需要等待所有前台线程执行完毕后才能关闭；而当程序关闭是，无论后台线程是否在执行，都会强制退出。

2.7 自旋和休眠

当线程处于进入休眠状态或解除休眠状态时，会发生上下文切换，这就带来了昂贵的消耗。

而线程不断运行，就会消耗 CPU 时间，占用 CPU 资源。

对于过短的等待，应该使用自旋(spin)方法，避免发生上下文切换；过长的等待应该使线程休眠，避免占用大量 CPU 时间。

我们可以使用最为熟知的 Sleep() 方法休眠线程。有很多同步线程的类型，也使用了休眠手段等待线程（已经写好草稿啦）。

自旋的意思是，没事找事做。

例如：

        public static void Test(int n)
        {
            int num = 0;
            for (int i=0;i<n;i++)
            {
                num += 1;
            }
        }

通过做一些简单的运算，来消耗时间，从而达到等待的目的。

C# 中有关于自旋的自旋锁和 Thread.SpinWait(); 方法，在后面的线程同步分类中会说到自旋锁。

Thread.SpinWait() 在极少数情况下，避免线程使用上下文切换很有用。其定义如下

public static void SpinWait(int iterations);

SpinWait 实质上是（处理器）使用了非常紧密的循环，并使用 iterations 参数指定的循环计数。 SpinWait 等待时间取决于处理器的速度。

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