C#之任务，线程和同步

1 概述

对于所有需要等待 的操作,例 如 ,因 为文件 、 数据库或网络访 问都需要一定 的时间,此 时就可以启 动一个新线程,同时完成其他任务，即使是处理密集型的任务,线程也是有帮助的。

2 Parallel类

2.1 用Parallel.For()方法循环

Parallel.For()方法类似于C#的For循环，多次执行一个任务，它可以并行运行迭代。迭代的顺序没有定义。

 1 ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, 10, i => 2             { 3                 Console.WriteLine("{0}，task：{1}，thread:{2}", i, Task.CurrentId, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 4                 Thread.Sleep(10); 5             }); 6             Console.WriteLine(result.IsCompleted); 

在For()方法中，前两个参数定义了循环的开头和结束。从输出可以看出，顺序是不能保证的。也可以提前中断Parallel.For()方法。

 1 ParallelLoopResult result2 = Parallel.For(10, 40, (int i,ParallelLoopState pls) => 2             { 3                 Console.WriteLine("i: {0}，task:{1}", i, Task.CurrentId); 4                 Thread.Sleep(10); 5                 if (i > 15) 6                     pls.Break(); 7             }); 8             Console.WriteLine(result2.IsCompleted); 9             Console.WriteLine( "lowest break iteration:{0}",result2.LowestBreakIteration); 

2.2 用Parallel.ForEach()方法循环

paraller.ForEach()方法遍历实现了IEnumerable的集合，其方式类似于Foreach语句，但以异步方式遍历，这里也没有确定的遍历顺序。

 1     string[] data = { "zero", "one", "two", "three", "four", "five", "six", "seven", "eight", "nine", "ten", "eleven", "twelve" }; 2             //  Parallel.ForEach(data, s => { Console.WriteLine(s); }); 3             Parallel.ForEach(data, (s, pls) => { if (s == "one") { Console.WriteLine("break......"); pls.Break(); } Console.WriteLine(s); Thread.Sleep(100); }); 

2.3 通过Paraller.Invoke()调用多个方法

  Parallel.Invoke(Foo ,Bar);   static void Foo() { Console.WriteLine("foo"); }  static void Bar() { Console.WriteLine("bar"); } 

3 任务

.NET 4 包含新的名称空间System.Threading.Task，它它 包含的类抽象出了线程功能，在后台使用ThreadPool。 任务表示应完成的某个单元的工作。 这个单元的工作可以在单独的线程中运行,也可以以同步方式启动一个任务,这需要等待主调线程。

3.1启动任务

要启动任务,可 以使用 TaskFactory类 或 Task类 的构造函数和 start()方 法。 Task类 的构造函数在创建任务上提供的灵活性较大.

 1    //using TaskFactory 2             Task t1 = new TaskFactory().StartNew(TaskMethod); 3             //using the task factory via task 4             Task t2 = Task.Factory.StartNew(TaskMethod); 5             //using task constructor 6             Task t3 = new Task(TaskMethod); 7             t3.Start(); 

使用 Task类 的构造函数和 TaskFactory类 的 stamw()方法时,都可以传递TaskCreationOptions枚举中的值。 设置LongRunning选项,可 以通知任务调度器,该 任务需要较长时间执行,这样调度器更可能使用 新线。 如果该任务应关联到父任务上,而父任务取消了,则 该任务也应取消,此 时应设置 AuachToParent选 项。PerferFairness 值表示,调度器应提取出已在等待的第一个任务。  如果任务使用 子任务创建了其他工作,子任务就优先于其他任务。 它们不会排在线程池队列中的最后。 如果这些任务应 以公平的方式与所有其他任务一起处理,就设置该选项为PreferFairness

 1   Task t5 = t4.ContinueWith(DoSecond,TaskContinuationOptions.PreferFairness); 

3.2连续的任务

通过任务,可 以指定在任务完成后,应 开始运行另一个特定任务.

  1  static void DoOnFirst()  2         {  3             Console.WriteLine("doing some task {0}",Task.CurrentId);  4             Thread.Sleep(3000);  5         }  6         static void DoSecond(Task t)  7         {  8             Console.WriteLine("task {0} finished",t.Id);  9             Console.WriteLine("this task id {0}",Task.CurrentId); 10             Console.WriteLine("do some cleanup"); 11             Thread.Sleep(3000); 12         } 13  14  Task t1 = new Task(DoOnFirst); 15             Task t2 = t1.ContinueWith(DoSecond); 16             Task t3 = t2.ContinueWith(DoSecond); 17             Task t4 = t3.ContinueWith(DoSecond); 18             Task t5 = t4.ContinueWith(DoSecond,TaskContinuationOptions.PreferFairness); 19             t1.Start(); 

无论前一个任务是如何结束的,前 面 的连续任务总是在前一个任务结束时启 动 。 使用TaskContinuationOptions 枚举中的值,可 以指定,连续任务只有在起始任务成功（或失败）结束时启动。

3.3任务层次的结构

  1  static void ParentAndChild()  2         {  3             var parent = new Task(ParentTask);  4             parent.Start();  5             Thread.Sleep(2000);  6             Console.WriteLine(parent.Status);  7             Thread.Sleep(4000);  8             Console.WriteLine(parent.Status);  9             Console.WriteLine(); 10         } 11         private static void ParentTask() 12         { 13             Console.WriteLine("task id {0}",Task.CurrentId); 14             var child = new Task(ChildTask); 15             child.Start(); 16             Thread.Sleep(1000); 17             Console.WriteLine("parent started child"); 18         } 19  20         private static void ChildTask() 21         { 22             Console.WriteLine("child"); 23             Thread.Sleep(5000); 24             Console.WriteLine("child finished"); 25         } 

如果父任务在子任务之前结束 ,父 任务的状态就显示为WaitingForChildrenToComplete.只要子任务也结束 时,父任务的状态就变成RanToCompletion。 ·

4 取消架构

4.1Parallel.For()方法的取消

  1 var cts = new CancellationTokenSource();  2             cts.Token.Register(() => Console.WriteLine("token canceled"));  3             new Task(() => { Thread.Sleep(500); cts.Cancel(false); }).Start();  4             try  5             {  6                 ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, 100, new ParallelOptions() { CancellationToken = cts.Token, }, x =>  7                 {  8                     Console.WriteLine("loop {0} started", x);  9                     int sun = 0; 10                     for (int i = 0; i < 100; i++) 11                     { 12                         Thread.Sleep(2); 13                         sun += i; 14                     } 15                     Console.WriteLine("loop {0} finished",x); 16                 }); 17             } 18             catch (Exception ex) 19             { 20                 Console.WriteLine(ex.Message); 21             } 

4.2任务的取消

同样的取消模式也可用于任务。

5 线程池

如果有不同的小任务要完成,就可以事先创建许多线程 ,· 在应完成这些任务时发出请求。 这个线程数最好在需要更多的线程时增加,在 需要释放资源时减少。不需要自己创建这样一个列表。 该列表由 ThreadPool类 托管。 这个类会在需要时增减池中线程的线程数,直 到最大的线程数。 池中的最大线程数是可配置的。如果有更多的作业要处理,线 程池中线程的个数也到了极限,最 新的作业就要排队,且 必须等待线程完成其任务。

   1  static void Main(string[] args)  2         {  3             int nWorkerThreads;  4             int nCompletionPortThreads;  5             ThreadPool.GetMaxThreads(out nWorkerThreads, out nCompletionPortThreads);  6             Console.WriteLine("nWorkerThreads:{0},nCompletionPortThreads:{1}", nWorkerThreads, nCompletionPortThreads);  7   8             for (int i = 0; i < 5; i++)  9             { 10                 ThreadPool.QueueUserWorkItem(JobForAThread); 11             } 12             Thread.Sleep(3000); 13             Console.ReadKey(); 14         } 15         static void JobForAThread(object obj) 16         { 17             for (int i = 0; i < 3; i++) 18             { 19                 Console.WriteLine("loop:{0},running inside pooled thread{1}",i,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 20                 Thread.Sleep(30); 21             } 22         }  View Code

线程池使用起来很简单,但 它有一些限制 :

• 线程池 中 的所有线程都是后 台线程 。 如 果进程 的所有前 台线程都结束 了,所 有 的后 台线程就会停止 。 不能把入池的线程改为前台线程 。
• 不 能给入池的线程设置优先级或名 称 。
• 入池的线程只能用 于时间较短的任务 。 如 果线程要一直运行(如 Word的 拼写检查器线程),就应使用 Therd类创 建一个线程 

6 Therd类

使用Thread类可以创建和控制线程，

 1 new Thread(() => { Console.WriteLine("Running in thread"); }).Start(); 2             Console.WriteLine("this is the main thread"); 

6.1给后台线程传递数据

给线程传递一些数据可以采用2中方式，一种是使用带ParameterizdThreadStart委托参数的Thread构造函数，另一种方式是常见一个自定义的类，把线程的方法定义为实例方法。

6.2后台任务

只要有一个前台相称在运行，程序的进程就在运行，如果前台多个线程在运行，而Main()方法结束了，应用程序的进程直到所有前台完成其任务前都处于激活状态。默认情况下，用Thread创建的线程为前台线程，线程池中的线程为总是为后台线程。Thread类可以设置IsBackground属性设置是否为前台线程。

   1 static void Main(string[] args)  2         {  3             var t1 = new Thread(ThreadMain) { Name = "NewThread", IsBackground = false };  4             t1.Start();  5             Console.WriteLine("Main thread ending now");  6             Console.ReadKey();  7         }  8   9  10         static void ThreadMain() 11         { 12             Console.WriteLine("Thread {0} statrted",Thread.CurrentThread.Name); 13             Thread.Sleep(5000); 14             Console.WriteLine("Thread {0} completed",Thread.CurrentThread.Name); 15         }  View Code

6.3线程的优先级

线 程曲操作系统调度。 给线程指定优先级,就 可 以影响调度顺序。在Thread类中，可以设置Priority属性设置线程的优先级，Priority属性需要ThreadPriority枚举定义的一个值，定义级别有Highest,AboveNormal,Normal,BelowNormal和Lowest。

6.4控制线程

调用 Thread对 象的Start()方 法,可 以创建线程。 但是,在 调用Strat()方法后,新线程仍不是处于 Running状态,而 是处于 Unstarted状 态。 只要操作系统的线程调度器选择了要运行的线程,线程就会改为Running状态 。 读取Thread.ThreadState属 性,就可以获得线程的当前状态。使用 Thread.Sleep() 方法 ,会使线程处于WaitSleepJoin状态,在 经历Sleep()方法定义的时间段后 ,线程就会等待再次被唤醒。要停止另一个线程,可 以调用Thread.Abort()方 法。 调用这个方法时,会 在接到终止命令的线程中抛出一个ThreadAbortException类 型的异常。 用一个处理程序捕获这个异常,线程可 以在结束前完成一些清理工作。如 果需要等待线程的结束,就 可 以调用Thread.Join()方 法 。此方 法会停止当前线程 ,并把它设置为WaitSleepJoin状 态 ,直 到加入 的线程完成为止 。

7线程问题

7.1争用条件

如果两个或多个线程访问相同的对象,或 者访问不同步的共享状态,就会出现争用条件。

7.2死锁

过多的锁定也会有麻烦。 在死锁中,至少有两个线程被挂起,并等待对方解除锁定。 由于两个线程都在等待对方,就 出现了死锁,线程将无限等待下去。

8 同步

8.1 Lock语句和线程安全

C#为多个线程的同步提供了 自己的关键字:lock语 句 。 lock语 句是设置锁定和解除锁定的一种简单方式。

   1  static void Main()  2         {  3             int numTask = 20;  4             var state = new ShareState();  5             var tasks = new Task[numTask];  6             for (int i = 0; i < numTask; i++)  7             {  8                 tasks[i] = new Task(new Job(state).DoWork);  9                 tasks[i].Start(); 10             } 11  12             for (int i = 0; i < numTask; i++) 13             { 14                 tasks[i].Wait(); 15             } 16             Console.WriteLine("Sun :{0}",state.State); 17             Console.ReadKey(); 18         } 19     } 20     public class Job 21     { 22         ShareState shareState; 23         public Job(ShareState shareState) 24         { 25             this.shareState = shareState; 26         } 27         public void DoWork() 28         { 29             for (int i = 0; i < 5000; i++) 30             { 31                 shareState.State += 1; 32             } 33         } 34     } 35     public class ShareState 36     { 37         public int State { get; set; } 38     }  View Code

上面的代码，因为执行了5000次循环，有20个任务，所以输出的值应为100000，但是，事实并非如此。使用Lock修改DoWork方法

  1   public void DoWork() 2         { 3             for (int i = 0; i < 5000; i++) 4             { 5                 lock (shareState) 6                 shareState.State += 1; 7             } 8         }  View Code

这样结果总是正确的。但是在一个地方使用Lock语句并不意味着，访问对象的其他线程都在等待，必须对每个访问共享状态的线程显示的使用同步功能。继续需改

   1   static void Main()  2         {  3             int numTask = 20;  4             var state = new ShareState();  5             var tasks = new Task[numTask];  6             for (int i = 0; i < numTask; i++)  7             {  8                 tasks[i] = new Task(new Job(state).DoWork);  9                 tasks[i].Start(); 10             } 11  12             for (int i = 0; i < numTask; i++) 13             { 14                 tasks[i].Wait(); 15             } 16             Console.WriteLine("Sun :{0}", state.State); 17             Console.ReadKey(); 18         } 19     } 20     public class Job 21     { 22         ShareState shareState; 23         public Job(ShareState shareState) 24         { 25             this.shareState = shareState; 26         } 27         public void DoWork() 28         { 29             for (int i = 0; i < 5000; i++) 30             { 31                 shareState.IncrementState(); 32             } 33         } 34     } 35     public class ShareState 36     { 37         private int state = 0; 38         private object obj = new object(); 39         public int State 40         { 41             get 42             { 43                 return state; 44             } 45         } 46         public int IncrementState() 47         { 48             lock(obj) 49                 return ++state; 50         } 51     }  View Code

8.2 Interlocked类

Ihterlockcd类用 于使变量的简单语旬原子化。 i++不是线程安全的,它 的操作包括从内存中获取一个值,给该值递增 1,再 将它存储回内存。 这些操作都可能会被线程调度器打断。 Ihterlocked类提供了以线程安全的方式递增、 递减、'交换和读取值的方法。 与其他同步技术相 比,使用 Ihterlocked类 会快得多。 但是,它 只能用于简单的同步问题。

8.3 Monitor类

C#的lock语 句 ,由编译器解析为使用monitor类，与C#的 lock语 句相 比,Monitor 类的主要优点是:可 以添加一个等待被锁定的超时值 。 这样就不会无限期地等待被锁定.

   1 object obj = new object();  2             bool lockTaken = false;  3             Monitor.TryEnter(obj, 500, ref lockTaken);  4             if (lockTaken)  5             {  6                 try  7                 {  8                     //已经锁定，想干嘛就干嘛吧  9                 } 10                 finally 11                 { 12                     Monitor.Exit(obj); 13                 } 14             } 15             else 16             { 17                 //没有锁定，小心喽 18             }  View Code

8.4 Mutex类

Mutex【Mutual exclusion ,互 斥)是.Net Freamwork中 提供跨多个进程同步访问的一个类 由于系统能识别有名称的互斥,因 此可 以使用 它禁止应用程序启动两次

   1   static class Program  2     {  3         /// <summary>  4         /// 应用程序的主入口点。  5         /// </summary>  6         [STAThread]  7         static void Main()  8         {  9             bool createNew; 10  11             Mutex m = new Mutex(false, "test", out createNew); 12             if (!createNew) 13             { 14                 MessageBox.Show("程序已启动"); 15                 Application.Exit(); 16                 return; 17             } 18             Application.EnableVisualStyles(); 19             Application.SetCompatibleTextRenderingDefault(false); 20             Application.Run(new Form1()); 21         } 22     }  View Code