多线程在C#编程语言中的应用(2011年4月第9卷第1期)
2011年5月12日 10时39分48秒

多线程在C#编程语言中的应用

 

魏宏昌

 

(ma.18luck.vin-石家庄信息工程职业学院 河北石家庄 050035)

  

摘 要:每个线程都有自己的专有寄存器,为了正确使用线程,我们必须认识到线程本身可能影响系统性能的地方,旨在让读者理解多线程在C#语言中的使用方法,为进一步多线程程序开发提供帮助。

关键词:多线程;C#编程语言;命名空间

中图分类号:TP393   文献标识码:A     文章编号:JL01-0200201101-0073-03

 

 

众所周知,一个程序开始运行时就是一个进程,进程指运行时的程序和程序所使用的资源。同时,进程又是由多个线程所组成的,每个线程都有自己的专有寄存器,但代码区是共享的,即不同的线程可以执行同样的方法函数。多线程指程序中包含多个执行流,即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务。多线程的优点是可以提高CPU的利用率,在多线程程序中,一个线程必须等待的时候,CPU可以运行其它线程而不再等待,这样就提高了程序的效率。

为了正确使用线程,我们必须认识到线程本身也可能影响系统的性能,如:线程也是程序,所以线程需要占用内存,线程越多占用内存也越多;多线程需要管理和协调,所以需要CPU跟踪线程;线程间对共享资源的访问会相互影响,必须解决共享资源问题;线程太多将导致控制复杂等。在此对C#编程中的多线程进行探讨,解决对线程的控制等问题。

首先,任何程序在执行时,至少有一个主线程,其它线程都是依附于主线程的。Main()函数是C#程序的入口,也就是主线程,如果所有的前台线程都停止了,那么主线程可以终止,而所有的后台线程都将无条件终止。而所有的线程虽然在微观上是串行执行的,但是在宏观上你完全可以认为它们在并行执行。我们可以通过Thread类的静态属性CurrentThread获取当前执行的线程,对其进行操作,查看它的当前状态(ThreadState)。静态属性就是这个类所有对象公有的属性,不管创建了多少个该类的实例,但是类的静态属性在内存中只有一个。也就是虽然有多个线程同时存在,但是在同一个时刻,CPU只能执行其中一个。

注意,在.NET Framework Class Library中,所有与多线程应用有关的类都放在System.Threading命名空间中。其中,Thread类用于创建线程,ThreadPool类用于管理线程池等,此外还提供解决线程执行安排、死锁、线程间通讯等问题的方法。如果你想在你的应用程序中使用多线程,就必须包含这个类。Thread类有几个至关重要的方法,描述如下:Start():启动线程;Sleep(int):静态方法,暂停当前线程指定的毫秒数;Abort():通常使用该方法来终止一个线程;Suspend():该方法并不终止未完成的线程,它仅仅挂起线程,以后还可恢复;Resume():恢复被Suspend()方法挂起的线程的执行。

这里还要注意的是Thread.ThreadState这个属性,这个属性代表了线程运行时状态,在不同的情况下有不同的值,于是我们有时候可以通过对该值的判断来设计程序流程。ThreadState有一个重要取值:“Background”,Background状态表示该线程在后台运行,那么后台运行的线程有什么特别的地方呢?其实后台线程跟前台线程只有一个区别,就是后台线程不妨碍程序的终止。一旦一个进程所有的前台线程都终止后,公共语言运行时(CLR)将通过调用任意一个存活中的后台进程的Abort()方法来彻底终止进程。

线程间争夺CPU时间时,CPU是按照线程的优先级给予服务的。在C#语言中,可以设定5个不同的优先级,由高到低是HighestAboveNormalNormalBelowNormalLowest,在创建线程时如果不指定优先级,系统默认为Normal。给一个线程指定优先级可以使用如下代码:myThread.Priority=ThreadPriority.Lowest;通过设定线程的优先级,我们可以安排一些相对重要的线程优先执行。

每个线程都有自己的资源,但是代码区是共享的,即每个线程都可以执行相同的方法函数。但是多线程环境下,可能带来的问题就是几个线程同时执行一个函数,导致数据的混乱,产生不可预料的结果,因此我们必须避免这种情况的发生。C#提供了一个关键字lock,它可以把一段代码定义为互斥段,互斥段指在一个时刻内只允许一个线程进入执行,而其他线程必须等待。

而多线程公用一个对象时,也会出现和公用代码类似的问题,这种问题就不应该使用lock关键字了,这需要用到System.Threading命名空间中的另一个类Monitor,我们称之为监视器,Monitor提供了使线程共享资源的方案。

Monitor类可以锁定一个对象,一个线程只有得到这把锁才可以对该对象进行操作。对象锁机制保证了在可能引起混乱的情况下一个时刻只有一个线程可以访问这个对象。Monitor必须和一个具体的对象相关联,但是由于它是一个静态的类,所以不能使用它来定义对象,而且它的所有方法都是静态的,不能使用对象来引用。当一个线程调用Monitor.Enter()方法锁定一个对象时,这个对象就归它所有了,其它线程想要访问这个对象,只有等待它使用Monitor.Exit()方法释放锁。对于任何一个被Monitor锁定的对象,内存中都保存着与它相关的一些信息,如持有锁的线程、预备队列、等待队列。当拥有对象锁的线程准备释放锁时,它使用Monitor.Pulse()方法通知等待队列中的第一个线程,于是该线程被转移到预备队列中,当对象锁被释放时,在预备队列中的线程可以立即获得对象锁。

在多线程的程序中,经常会出现线程把大部分的时间花费在等待状态,等待某个事件发生,然后才能给予响应。在.NET Framework里边,我们使用ThreadPool类来解决它。ThreadPool类提供一个由系统维护的线程池,要注意的是,ThreadPool类也是一个静态类,不能也不必生成它的对象,而且一旦使用该方法在线程池中添加了一个项目,那么该项目将是无法取消的。在这里无需自己建立线程,只需把要做的工作写成方法,然后作为参数传递给ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了,传递的方法就是依靠WaitCallback代理对象,而线程的建立、管理、运行等工作都是由系统自动完成的,无须考虑细节问题,线程池的优点也就体现出来了。

此外,还经常会出现线程平常都处于休眠状态,只是周期性地被唤醒的情况。这就需要使用Timer来对付这种情况,与ThreadPool类不同,Timer类的作用是设置一个定时器,定时执行用户指定的函数,而这个函数的传递是靠另外一个代理对象TimerCallback,它必须在创建Timer对象时就指定,并且不能更改。定时器启动后,系统将自动建立一个新的线程,并且在这个线程里执行用户指定的函数。定时器的设置是可以改变的,只要调用Timer.Change()方法,这是一个参数类型重载的方法。

多线程是复杂深奥的,在.NET Framework环境下,使用最新的C#语言来介绍多线程程序的基本设计,希望能有助于大家理解多线程的概念、用途,理解多线程在C#语言中的使用方法,理解多线程带来的好处和麻烦。C#语言是一种较新的编程语言,因此它的多线程机制有许多独特的地方。

 

供稿:编辑部



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