.Net多线程总结

逃离我推掉我的手 2022-03-28 01:58 146阅读 0赞

[.Net多线程总结(一)][.Net]

.Net提供了许多多线程编程工具,可能是因为太多了,所以掌握起来总是有一些头疼,我在这里讲讲我总结的一些多线程编程的经验,希望对大家有帮助

**不需要传递参数,也不需要返回参数**

我们知道启动一个线程最直观的办法是使用Thread类,具体步骤如下

ThreadStart threadStart
        
         =
        
         new
        
          ThreadStart(Calculate);
    Thread thread
        
         =
        
         new
        
          Thread(threadStart);
    thread.Start(); 
    
        
         public
        
          
        
         void
        
          Calculate(){
    
        
              double
        
          Diameter
        
         =
        
         0.5
        
         ;
         Console.Write(
        
         "
        
         The perimeter Of Circle with a Diameter of {0} is {1}
        
         "
        
         Diameter,Diameter
        
         *
        
         Math.PI);
    }

**例1**

上面我们用定义了一个ThreadStart类型的委托,这个委托制定了线程需要执行的方法:Calculate,在这个方法里计算了一个直径为0.5的圆的周长,并输出.这就构成了最简单的多线程的例子,在很多情况下这就够用了,然后ThreadStart这个委托定义为void ThreadStart(),也就是说,所执行的方法不能有参数,这显然是个很大的不足,为了弥补这个缺陷,聪明的程序员想出了许多好的方法,我们将在需要传递多个参数一节中进行介绍,这里我们先介绍.Net为了解决这个问题而设定的另外一个委托:就是ParameterizedThreadStart ,我会在下面详细讲述

**需要传递单个参数**

ParameterThreadStart的定义为void ParameterizedThreadStart(
        
         object
        
          state)
        
         ??
        
         使用这个这个委托定义的线程的启动函数可以接受一个输入参数,具体例子如下
    ParameterizedThreadStart threadStart
        
         =
        
         new
        
          ParameterizedThreadStart(Calculate)
    Thread thread
        
         =
        
         new
        
          Thread()
    thread.Start(
        
         0.9
        
         ); 
    
        
         public
        
          
        
         void
        
          Calculate(
        
         object
        
          arg){
    
        
            double
        
          Diameter
        
         =
        
         double
        
         (arg);
       Console.Write(
        
         "
        
         The perimeter Of Circle with a Diameter of {0} is {1}
        
         "
        
         Diameter,Diameter
        
         *
        
         Math.PI);
    }

**例2**  
Calculate方法有一个为object类型的参数,虽然只有一个参数,而且还是object类型的,使用的时候尚需要类型转换,但是好在可以有参数了,并且通过把多个参数组合到一个类中,然后把这个类的实例作为参数传递,就可以实现多个参数传递

**需要传递多个参数**

虽然通过把需要的参数包装到一个类中,委托ParameterizedThreadStart就可以传递多个参数,但是由于这个委托的传入参数是object,所以不可避免的需要进行参数转换,下面还有几个常用的参数传递方法,让我们来一一看来

使用专门的线程类

这是许多程序员爱使用的经典模式,简单来说,就是把需要另起线程执行的方法,和他需要的参数放到一个类中,参数作为了类的属性,调用时声明此类的实例,然后初始化属性,方法执行时直接使用类里初始化好的属性来执行,这样方法本身就可以不需要参数,而又起到了多参数传递的效果,于是使用本文最开始提到的不带参数的ThreadStart委托就可以了,并且由于需要执行的方法和参数都放在一个类中,充分体现了面向对象的特点.具体方法如下

还是计算面积的方法的例子,我们把这个方法用一个类包装起来,输入参数Diameter(直径)是这个类的一个字段

public
        
          
        
         class
        
          MyThread
    {
    
        
         public
        
          
        
         double
        
          Diameter
        
         =
        
         10
        
         ; 
    
        
         public
        
          
        
         double
        
          Result
        
         =
        
         0
        
         ; 
    
        
         public
        
          MyThread(
        
         int
        
          Diameter)
    {
    
        
           this
        
         .Diameter 
        
         =
        
          Diameter;
    } 
    
        
         public
        
          
        
         void
        
          Calculate()
    {
    Console.WriteLine( 
        
         "
        
         Calculate Start
        
         "
        
         );
    Thread.Sleep(
        
         2000
        
         );
    Result 
        
         =
        
          Diameter
        
         *
        
         Math.PI;;
    Console.WriteLine(
        
         "
        
         Calculate End, Diameter is {0},Result is {1}
        
         "
        
          ,
        
         this
        
         .Diameter, Result);
    }
    }
    MyThread t
        
         =
        
         new
        
          MyThread(
        
         5.0
        
         );
    ThreadStart threadStart
        
         =
        
         new
        
          ThreadStart(t.Calculate)
    Thread thread
        
         =
        
         new
        
          Thread(threadStart);
    thread.Start();

**例3**

这种方法把参数传递变成了属性共享,想传递多少个变量都可以,从封装上讲,把逻辑和逻辑涉及的数据封装在一起,也很不错,这个方法还有一个聪明的变体,利用了匿名方法,这种变体连独立的类都省掉了,我现在给出这个方法

double
        
          Diameter 
        
         =
        
          
        
         6
        
         ;
    
        
         double
        
          Result
        
         =
        
         0
        
         ;
    Thread ta 
        
         =
        
          
        
         new
        
          Thread(
        
         new
        
          ThreadStart(
        
         delegate
        
         ()
    {
    Thread.Sleep(
        
         2000
        
         );
    Result
        
         =
        
         Diameter 
        
         *
        
          Math.PI;
    Console.WriteLine(
        
         "
        
         匿名 Calculate  End, Diameter is {0},Result is {1}
        
         "
        
         , Diameter, Result); ;
    })); 
    ta.Start();
    
        
         例4

这个方法和上例道理相同,都是把参数传递变成了对变量的调用,从而取消了参数传递,但是,后者充分利用了匿名方法的一个性质,就是可以直接使用当前上下文的局部变量,比如委托中的Diameter,和Result.当然,这样做的缺点是如果匿名方法太长,程序的可读性会降低,所以一般很少有人这样做,这里给出这个方法供大家参考,关于匿名委托的资料可以参见

聪明的读者肯定想,既然可以用字段来传入变量,当然也可以用字段传出变量,比如在上面两个例子里我们看到计算结果都写进了一个叫Result(加亮的地方)的变量里,我们直接访问这个变量不就可以得到计算结果了吗?

这样做有一个致命的问题:既然是异步执行,主线程怎么知道分线程什么时候完成了计算呢?比如上两个例子中,我们的线程都睡眠了2000毫秒,然后才进行计算,那么如果主线程在没有完成计算前访问Result,只能得到一个0值.于是我们就有了下面的一系列解决方法.

**需要传递参数且需要返回参数**

刚才说到主线程需要知道子线程什么时候执行完成,可以使用Thread.ThreadState枚举来判断

当线程的ThreadState==ThreadState.Stop时,一般就说明线程完成了工作,这时结果就可用了,如果不是这个状态,就继续执行别的工作,或者等待一会,然后再尝试.倘若需要等有多个子线程需的返回,并且需要用他们的结果来进行进异步计算,那就叫做线程同步了,下面我们介绍另外一种我比较推荐的方法,能够自定义参数个数,并且返回数据,而且使用起来也相对方便

使用委托的异步调用方法和回调

首先我们要把需要异步调用的方法定义为一个委托,然后利用BeginInvoke来异步调用,BeginInvoke的第一个参数就是直径,第二个是当线程执行完毕后的调用的方法

delegate
        
          
        
         double
        
          CalculateMethod(
        
         double
        
          Diameter); 
    
        
         static
        
          CalculateMethod calcMethod;
    
        
         double
        
          result 
        
         =
        
          
        
         0
        
         ; 
    
        
         static
        
          
        
         void
        
          Main(
        
         string
        
         [] args)
    { 
    calcMethod 
        
         =
        
          
        
         new
        
          CalculateMethod(Calculate);
    calcMethod.BeginInvoke(
        
         5
        
         , 
        
         new
        
          AsyncCallback(TaskFinished), 
        
         null
        
         ); 
    } 
    
        
         ///
        
         <summary>
        
         
    
        
         ///
        
         线程调用的函数
    
        
         ///
        
         <summary>
        
          
        
         
    
        
         public
        
          
        
         static
        
          
        
         double
        
          Calculate(
        
         double
        
          Diameter)
    {
    
        
         return
        
          Diameter 
        
         *
        
          Math.PI;
    } 
    
        
         ///
        
         <summary>
        
         
    
        
         ///
        
         线程完成之后回调的函数
    
        
         ///
        
         <summary>
        
         
    
        
         public
        
          
        
         static
        
          
        
         void
        
          TaskFinished(IAsyncResult result)
    {
    result
        
         =
        
         calcMethod.EndInvoke(result);
    }

**例5**

注意,再线程执行完毕后执行的方法TaskFinished中,我们使用了EndInvoke来取得这个函数的返回值

**线程池**

线程虽然是个好东西,但是也是个资源消耗大户,许多时候,我们需要用多线程,但是又不希望线程的数量过多,这就是线程池的作用,.Net为我们提供了现成的线程池ThreadPool,他的使用如下

WaitCallback w 
        
         =
        
          
        
         new
        
          WaitCallback(Calculate);
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(w, 
        
         1.0
        
         );
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(w, 
        
         2.0
        
         );
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(w, 
        
         3.0
        
         );
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(w, 
        
         4.0
        
         );
    
        
         public
        
          
        
         static
        
          
        
         void
        
          Calculate(
        
         double
        
          Diameter)
    {
    
        
         return
        
          Diameter 
        
         *
        
          Math.PI;
    }

**例6**

首先定义一个WaitCallback委托,WaitCallback的格式是void WaitCallback(object state),也就是说你的方法必须符合这个格式,接着调用QueueUserWorkItem,将这个任务加入线程池,当县城池有空闲线时,将会调度并运行你的代码

每一个进程都有一个线程池,线程池的默认大小是25,我们可以通过SetMaxThreads方法来设置其最大值.

**\[注\]由于**每个进程只有一个线程池,所以如果是在iis进程,或者sqlserver的进程中使用线程池,并且需要设置线程池的最大容量的话,会影响到iis进程或sql进程,所以这两种情况下要特别小心

**控制权**

在和大家交谈的时候我发现凡是习惯了面向对象思维的同事,总是对多线程情况下的执行上下文很困扰,比如例5中,主程序启动了子线程执行Calculate方法,执行完毕后回调TaskFinished,假如主线程id是1,子线程id是2,那么Calculate肯定是在id=2的线程中执行,那么他的回调函数TaskFinished呢? 同样也是在id=2的线程上下文中执行,不信你输出线程id试试,这通常不是什么问题,但是当我们需要在Winform编程中使用子线程时,就有可能会引起问题了,我们将在下面讲这个问题

**窗体程序多线程编程的特殊性**

当我们把例5的回调代码稍加修改,搬到winform里面,就可以看到问题所在了

public
        
          
        
         static
        
          
        
         void
        
          TaskFinished(IAsyncResult result)
    {
    result
        
         =
        
         calcMethod.EndInvoke(result);
    
        
         this
        
         .TextBox1.Text
        
         =
        
         result;
    }

程序的原意是在线程执行完毕后讲结果写入一个TextBox,然而当程序执行到this.TextBox1.Text=result这里的时候就抱错了.原来WinForm对线程有很严格的要求,除了创建这些控件的线程,其他线程想跨线程访问WinForm上的控件的属性和方法是不允许(除了几个特殊属性),在有的版本系统上,比如XP,对这个问题进行了处理,跨线程控件访问可以被执行,但是大多数windows系统都是不可以的,那么如果我们确实需要跨线程修改控件属性,或者调用控件的方法,就必须用到控件的一个方法Invoke,这个方法可以把执行上下文切换回创建这些控件的线程,具体操作如下

delegate
        
          
        
         void
        
          changeText(
        
         string
        
          result);
    
        
         public
        
          
        
         static
        
          
        
         void
        
          TaskFinished(IAsyncResult result)
    {
    result
        
         =
        
         calcMethod.EndInvoke(result); 
    
        
         this
        
         .BeginInvoke(
        
         new
        
          changeText(
        
         this
        
         .textBox1.AppendText),t.Result.ToString())
    }

由于委托中必须使用方法,所以我用AppendTex方法t,而不是直接设置Text属性,你如果想设置text属性,就必须自己包装一个方法,然后连接到委托了

[.Net多线程总结(二)-BackgroundWorker][.Net_-BackgroundWorker]

[上篇文章][.Net]介绍了多种线程的创建方式,以及winform在多线程编程时的特殊性,这篇我们来介绍一下异步编程的经典模式和微软对其的实现

微软推荐的异步操作模型是事件模型,也即用子线程通过事件来通知调用者自己的工作状态,也就是设计模式中的observer模式,也可以看成是上文中线程类的扩展,最后实现后调用效果类似于

MyThread thread
        
         =
        
         new
        
          MyThread()
    thread.Work
        
         +=
        
         new
        
          ThreadWork(Calculate)
    thread.WorkComplete
        
         +=
        
         new
        
          WorkComplete(DisplayResult)
    Calculate(
        
         object
        
          sender, EventArgs e)){
    ....
    }
    DisplayResult(
        
         object
        
          sender, EventArgs e)){
    ...
    }

<例一>

这个话题已经有许多很好的文章,大家参考[http://www.cnblogs.com/net66/archive/2005/08/03/206132.html][http_www.cnblogs.com_net66_archive_2005_08_03_206132.html],其作者在文章后附加有示例项目,项目中的线程类实现了事件发送,线程终止,报告任务进度等一系列必要的功能,大家可以自己去查看代码,我就不赘述了,我主要谈微软对这个模式的实现**BackgroundWorker**

上篇文章里说到了控制权的问题,上面的模型在winform下使用有个问题就是执行上下文的问题,在回调函数中(比如<例一>中的DisplayResult中),我们不得不使用BeginInvoke,才能调用ui线程创建的控件的属性和方法,

比如在上面net66的例子里

//
        
         创建线程对象
        
         
    
        
           _Task 
        
         =
        
          
        
         new
        
          newasynchui(); 
    
        
         //
        
         挂接进度条修改事件
        
         
    
        
           _Task.TaskProgressChanged 
        
         +=
        
          
        
         new
        
          TaskEventHandler( OnTaskProgressChanged1 ); 
    
        
         //
        
         在UI线程,负责更新进度条
        
         
    
        
         private
        
          
        
         void
        
          OnTaskProgressChanged1( 
        
         object
        
          sender,TaskEventArgs e ) 
    { 
    
        
         if
        
          (InvokeRequired )        
        
         //
        
         不在UI线程上,异步调用
        
         
    
        
             {
    TaskEventHandler TPChanged1 
        
         =
        
          
        
         new
        
          TaskEventHandler( OnTaskProgressChanged1 ); 
    
        
         this
        
         .BeginInvoke(TPChanged1,
        
         new
        
          
        
         object
        
         [] {sender,e});
    Console.WriteLine(
        
         "
        
         InvokeRequired=true
        
         "
        
         );
    }
    
        
         else
        
         
    {
    progressBar.Value 
        
         =
        
          e.Progress;
    }
    }

<例二>

可以看到,在函数里面用到了

if(InvokeRequired)

\{...BeginInvoke....\}

else

\{....\}

这个模式来保证方法在多线程和单线程下都可以运行,所以线程逻辑和界面逻辑混合在了一起,以至把以前很简单的只需要一句话的任务:progressBar.Value = e.Progress;搞的很复杂,如果线程类作为公共库来提供,对编写事件的人要求会相对较高,那么有什么更好的办法呢?

其实在.Net2.0中微软自己实现这个模式,制作了Backgroundworker这个类,他可以解决上面这些问题,我们先来看看他的使用方法

System.ComponentModel.BackgroundWorker bw 
        
         =
        
          
        
         new
        
          System.ComponentModel.BackgroundWorker();
    
        
         //
        
         定义需要在子线程中干的事情
        
         
    
        
         bw.DoWork 
        
         +=
        
          
        
         new
        
          System.ComponentModel.DoWorkEventHandler(bw_DoWork);
    
        
         //
        
         定义执行完毕后需要做的事情
        
         
    
        
         bw.RunWorkerCompleted 
        
         +=
        
          
        
         new
        
          System.ComponentModel.RunWorkerCompletedEventHandler(bw_RunWorkerCompleted);
    
        
         //
        
         开始执行
        
         
    
        
         bw.RunWorkerAsync();
    
        
         static
        
          
        
         void
        
          bw_RunWorkerCompleted(
        
         object
        
          sender, System.ComponentModel.RunWorkerCompletedEventArgs e)
    {
    MessageBox.Show(
        
         "
        
         Complete
        
         "
        
         +
        
         Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
    } 
    
        
         static
        
          
        
         void
        
          bw_DoWork(
        
         object
        
          sender, System.ComponentModel.DoWorkEventArgs e)
    {
    MessageBox.Show(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }

<例三>

注意我在两个函数中输出了当前线程的ID,当我们在WindowsForm程序中执行上述代码时,我们惊奇的发现,bw\_RunWorkerCompleted这个回调函数居然是运行在UI线程中的,也就是说在这个方法中我们不用再使用Invoke和BeginInvoke调用winform中的控件了, 更让我奇怪的是,如果是在ConsoleApplication中同样运行这段代码,那么bw\_RunWorkerCompleted输出的线程id和主线程id就并不相同.

那么BackgroundWorker到底是怎么实现跨线程封送的呢?

阅读一下这个类的代码,我们发现他借助了AsyncOperation.Post(SendOrPostCallback d, object arg)

在winform下使用这个函数,就可以使得由SendOrPostCallback定义被封送会UI线程,聪明的博友可以用这个方法来实现自己的BackgroundWorker.

继续查看下去,发现关键在于AsyncOperation的syncContext字段,这是一个SynchronizationContext类型的对象,而这个对象的Post方法具体实现了封送,当我继续查看

SynchronizationContext.Post方法时,里面简单的令人难以执行

public
        
          
        
         virtual
        
          
        
         void
        
          Post(SendOrPostCallback d, 
        
         object
        
          state)
    {
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(
        
         new
        
          WaitCallback(d.Invoke), state);
    }

这是怎么回事情呢,线程池本省并不具备线程封送的能力啊

联想到在Winform程序和Console程序下程序的行为是不同的,而且SynchronizationContext的Post方法是一个virtual方法,我猜测这个方法可能被继承自他的类重写了

查询Msdn,果然发现在这个类有两个子类,其中一个就是WindowsFormsSynchronizationContext,我们来看看这个类的Post方法

public
        
          
        
         override
        
          
        
         void
        
          Post(SendOrPostCallback d, 
        
         object
        
          state)
    {
    
        
         if
        
          (
        
         this
        
         .controlToSendTo 
        
         !=
        
          
        
         null
        
         )
    {
    
        
         this
        
         .controlToSendTo.BeginInvoke(d, 
        
         new
        
          
        
         object
        
         [] { state });
    }
    }

哈哈,又是熟悉的beginInvoke,原来控制台程序和Winform程序加载的SynchronizationContext是不同的,所以行为才有所不同,通过简单的测试,我们可以看到控制台程序直接使用基类(SynchronizationContext),而winform程序使用这个WindowsFormsSynchronizationContext的Post方法把方法调用封送到控件的线程.

**总结:**

同事这个类还提供了进度改变事件,允许用户终止线程,功能全面,内部使用了线程池,能在一定成都上避免了大量线程的资源耗用问题,并通过SynchronizationContext解决了封送的问题,让我们的回调事件代码逻辑简单清晰,推荐大家使用.

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