C#多线程 线程的创建和生命周期

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");
      }

提示：如果需要处理的算法比较简单的话，可以直接写进委托中，不需要另外写方法啦。

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)。

阻塞的定义：当线程由于特点原因暂停执行，那么它就是阻塞的。
如果线程处于阻塞状态，线程就会交出他的 CPU 时间片，并且不会消耗 CPU 时间，直至阻塞结束。
阻塞会发生上下文切换。

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");
      }

Join() 也可以实现简单的线程同步，即一个线程等待另一个线程完成。

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：

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。

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

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。

SpinWait 无法使你准确控制等待时间，主要是使用一些锁时用到，例如 Monitor.Enter。

关于C#多线程系列之线程的创建和生命周期的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持编程宝库。

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