Posted on 2007-09-27 21:09
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.NET技巧特輯
多線程是許多操作系統(tǒng)所具有的特性，它能大大提高程序的運(yùn)行效率，所以多線程編程技術(shù)為編程者廣泛關(guān)注。目前微軟的.Net戰(zhàn)略正進(jìn)一步推進(jìn)，各種相關(guān)的技術(shù)正為廣大編程者所接受，同樣在.Net中多線程編程技術(shù)具有相當(dāng)重要的地位。本文我就向大家介紹在.Net下進(jìn)行多線程編程的基本方法和步驟。
開始新線程
在.Net下創(chuàng)建一個(gè)新線程是非常容易的，你可以通過以下的語句來開始一個(gè)新的線程：
Thread thread = new Thread (new ThreadStart (ThreadFunc));
thread.Start ();
第一條語句創(chuàng)建一個(gè)新的Thread對(duì)象，并指明了一個(gè)該線程的方法。當(dāng)新的線程開始時(shí)，該方法也就被調(diào)用執(zhí)行了。該線程對(duì)象通過一個(gè)System..Threading.ThreadStart類的一個(gè)實(shí)例以類型安全的方法來調(diào)用它要調(diào)用的線程方法。
第二條語句正式開始該新線程，一旦方法Start（）被調(diào)用，該線程就保持在一個(gè)"alive"的狀態(tài)下了，你可以通過讀取它的IsAlive屬性來判斷它是否處于"alive"狀態(tài)。下面的語句顯示了如果一個(gè)線程處于"alive"狀態(tài)下就將該線程掛起的方法：
if (thread.IsAlive) {
thread.Suspend ();
}
不過請(qǐng)注意，線程對(duì)象的Start（）方法只是啟動(dòng)了該線程，而并不保證其線程方法ThreadFunc（）能立即得到執(zhí)行。它只是保證該線程對(duì)象能被分配到CPU時(shí)間，而實(shí)際的執(zhí)行還要由操作系統(tǒng)根據(jù)處理器時(shí)間來決定。
一個(gè)線程的方法不包含任何參數(shù)，同時(shí)也不返回任何值。它的命名規(guī)則和一般函數(shù)的命名規(guī)則相同。它既可以是靜態(tài)的（static）也可以是非靜態(tài)的（nonstatic）。當(dāng)它執(zhí)行完畢后，相應(yīng)的線程也就結(jié)束了，其線程對(duì)象的IsAlive屬性也就被置為false了。下面是一個(gè)線程方法的實(shí)例：
public static void ThreadFunc()
{
for (int i = 0; i <10; i++) {
Console.WriteLine("ThreadFunc {0}", i);
}
}
前臺(tái)線程和后臺(tái)線程
.Net的公用語言運(yùn)行時(shí)（Common Language Runtime，CLR）能區(qū)分兩種不同類型的線程：前臺(tái)線程和后臺(tái)線程。這兩者的區(qū)別就是：應(yīng)用程序必須運(yùn)行完所有的前臺(tái)線程才可以退出；而對(duì)于后臺(tái)線程，應(yīng)用程序則可以不考慮其是否已經(jīng)運(yùn)行完畢而直接退出，所有的后臺(tái)線程在應(yīng)用程序退出時(shí)都會(huì)自動(dòng)結(jié)束。
一個(gè)線程是前臺(tái)線程還是后臺(tái)線程可由它的IsBackground屬性來決定。這個(gè)屬性是可讀又可寫的。它的默認(rèn)值為false，即意味著一個(gè)線程默認(rèn)為前臺(tái)線程。我們可以將它的IsBackground屬性設(shè)置為true，從而使之成為一個(gè)后臺(tái)線程。
下面的例子是一個(gè)控制臺(tái)程序，程序一開始便啟動(dòng)了10個(gè)線程，每個(gè)線程運(yùn)行5秒鐘時(shí)間。由于線程的IsBackground屬性默認(rèn)為false，即它們都是前臺(tái)線程，所以盡管程序的主線程很快就運(yùn)行結(jié)束了，但程序要到所有已啟動(dòng)的線程都運(yùn)行完畢才會(huì)結(jié)束。示例代碼如下：
using System;
using System.Threading;
class MyApp
{
public static void Main ()
{
for (int i=0; i<10; i++) {
Thread thread = new Thread (new ThreadStart (ThreadFunc));
thread.Start ();
}
}
private static void ThreadFunc ()
{
DateTime start = DateTime.Now;
while ((DateTime.Now - start).Seconds <5)
;
}
}
接下來我們對(duì)上面的代碼進(jìn)行略微修改，將每個(gè)線程的IsBackground屬性都設(shè)置為true，則每個(gè)線程都是后臺(tái)線程了。那么只要程序的主線程結(jié)束了，整個(gè)程序也就結(jié)束了。示例代碼如下：
using System;
using System.Threading;
class MyApp
{
public static void Main ()
{
for (int i=0; i<10; i++) {
Thread thread = new Thread (new ThreadStart (ThreadFunc));
thread.IsBackground = true;
thread.Start ();
}
}
private static void ThreadFunc ()
{
DateTime start = DateTime.Now;
while ((DateTime.Now - start).Seconds <5)
;
}
}
既然前臺(tái)線程和后臺(tái)線程有這種差別，那么我們?cè)趺粗涝撊绾卧O(shè)置一個(gè)線程的IsBackground屬性呢？下面是一些基本的原則：對(duì)于一些在后臺(tái)運(yùn)行的線程，當(dāng)程序結(jié)束時(shí)這些線程沒有必要繼續(xù)運(yùn)行了，那么這些線程就應(yīng)該設(shè)置為后臺(tái)線程。比如一個(gè)程序啟動(dòng)了一個(gè)進(jìn)行大量運(yùn)算的線程，可是只要程序一旦結(jié)束，那個(gè)線程就失去了繼續(xù)存在的意義，那么那個(gè)線程就該是作為后臺(tái)線程的。而對(duì)于一些服務(wù)于用戶界面的線程往往是要設(shè)置為前臺(tái)線程的，因?yàn)榧词钩绦虻闹骶€程結(jié)束了，其他的用戶界面的線程很可能要繼續(xù)存在來顯示相關(guān)的信息，所以不能立即終止它們。這里我只是給出了一些原則，具體到實(shí)際的運(yùn)用往往需要編程者的進(jìn)一步仔細(xì)斟酌。
線程優(yōu)先級(jí)
一旦一個(gè)線程開始運(yùn)行，線程調(diào)度程序就可以控制其所獲得的CPU時(shí)間。如果一個(gè)托管的應(yīng)用程序運(yùn)行在Windows機(jī)器上，則線程調(diào)度程序是由Windows所提供的。在其他的平臺(tái)上，線程調(diào)度程序可能是操作系統(tǒng)的一部分，也自然可能是.Net框架的一部分。不過我們這里不必考慮線程的調(diào)度程序是如何產(chǎn)生的，我們只要知道通過設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)我們就可以使該線程獲得不同的CPU時(shí)間。
線程的優(yōu)先級(jí)是由Thread.Priority屬性控制的，其值包含：ThreadPriority.Highest、ThreadPriority.AboveNormal、ThreadPriority.Normal、ThreadPriority.BelowNormal和ThreadPriority.Lowest。從它們的名稱上我們自然可以知道它們的優(yōu)先程度，所以這里就不多作介紹了。
線程的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為ThreadPriority.Normal。理論上，具有相同優(yōu)先級(jí)的線程會(huì)獲得相同的CPU時(shí)間，不過在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，消息隊(duì)列中的線程阻塞或是操作系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)的提高等原因會(huì)導(dǎo)致具有相同優(yōu)先級(jí)的線程會(huì)獲得不同的CPU時(shí)間。不過從總體上來考慮仍可以忽略這種差異。你可以通過以下的方法來改變一個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)。
thread.Priority = ThreadPriority.AboveNormal;
或是：
thread.Priority = ThreadPriority.BelowNormal;
通過上面的第一句語句你可以提高一個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)，那么該線程就會(huì)相應(yīng)的獲得更多的CPU時(shí)間；通過第二句語句你便降低了那個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)，于是它就會(huì)被分配到比原來少的CPU時(shí)間了。你可以在一個(gè)線程開始運(yùn)行前或是在它的運(yùn)行過程中的任何時(shí)候改變它的優(yōu)先級(jí)。理論上你還可以任意的設(shè)置每個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)，不過一個(gè)優(yōu)先級(jí)過高的線程往往會(huì)影響到其他線程的運(yùn)行，甚至影響到其他程序的運(yùn)行，所以最好不要隨意的設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)。
掛起線程和重新開始線程
Thread類分別提供了兩個(gè)方法來掛起線程和重新開始線程，也就是Thread.Suspend能暫停一個(gè)正在運(yùn)行的線程，而Thread.Resume又能讓那個(gè)線程繼續(xù)運(yùn)行。不像Windows內(nèi)核，.Net框架是不記錄線程的掛起次數(shù)的，所以不管你掛起線程過幾次，只要一次調(diào)用Thread.Resume就可以讓掛起的線程重新開始運(yùn)行。
Thread類還提供了一個(gè)靜態(tài)的Thread.Sleep方法，它能使一個(gè)線程自動(dòng)的掛起一定的時(shí)間，然后自動(dòng)的重新開始。一個(gè)線程能在它自身內(nèi)部調(diào)用Thread.Sleep方法，也能在自身內(nèi)部調(diào)用Thread.Suspend方法，可是一定要?jiǎng)e的線程來調(diào)用它的Thread.Resume方法才可以重新開始。這一點(diǎn)是不是很容易想通的啊？下面的例子顯示了如何運(yùn)用Thread.Sleep方法：
while (ContinueDrawing) {
DrawNextSlide ();
Thread.Sleep (5000);
}
終止線程
在托管的代碼中，你可以通過以下的語句在一個(gè)線程中將另一個(gè)線程終止掉：
thread.Abort ();
下面我們來解釋一下Abort（）方法是如何工作的。因?yàn)楣谜Z言運(yùn)行時(shí)管理了所有的托管的線程，同樣它能在每個(gè)線程內(nèi)拋出異常。Abort（）方法能在目標(biāo)線程中拋出一個(gè)ThreadAbortException異常從而導(dǎo)致目標(biāo)線程的終止。不過Abort（）方法被調(diào)用后，目標(biāo)線程可能并不是馬上就終止了。因?yàn)橹灰繕?biāo)線程正在調(diào)用非托管的代碼而且還沒有返回的話，該線程就不會(huì)立即終止。而如果目標(biāo)線程在調(diào)用非托管的代碼而且陷入了一個(gè)死循環(huán)的話，該目標(biāo)線程就根本不會(huì)終止。不過這種情況只是一些特例，更多的情況是目標(biāo)線程在調(diào)用托管的代碼，一旦Abort（）被調(diào)用那么該線程就立即終止了。
在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)線程終止了另一個(gè)線程，不過往往要等那個(gè)線程完全終止了它才可以繼續(xù)運(yùn)行，這樣的話我們就應(yīng)該用到它的Join（）方法。示例代碼如下：
thread.Abort (); // 要求終止另一個(gè)線程
thread.Join (); // 只到另一個(gè)線程完全終止了，它才繼續(xù)運(yùn)行
但是如果另一個(gè)線程一直不能終止的話（原因如前所述），我們就需要給Join（）方法設(shè)置一個(gè)時(shí)間限制，方法如下：
thread.Join (5000); // 暫停5秒
這樣，在5秒后，不管那個(gè)線程有沒有完全終止，本線程就強(qiáng)行運(yùn)行了。該方法還返回一個(gè)布爾型的值，如果是true則表明那個(gè)線程已經(jīng)完全終止了，而如果是false的話，則表明已經(jīng)超過了時(shí)間限制了。
時(shí)鐘線程
.Net框架中的Timer類可以讓你使用時(shí)鐘線程，它是包含在System.Threading名字空間中的，它的作用就是在一定的時(shí)間間隔后調(diào)用一個(gè)線程的方法。下面我給大家展示一個(gè)具體的實(shí)例，該實(shí)例以1秒為時(shí)間間隔，在控制臺(tái)中輸出不同的字符串，代碼如下：
using System;
using System.Threading;
class MyApp
{
private static bool TickNext = true;
public static void Main ()
{
Console.WriteLine ("Press Enter to terminate...");
TimerCallback callback = new TimerCallback (TickTock);
Timer timer = new Timer (callback, null, 1000, 1000);
Console.ReadLine ();
}
private static void TickTock (object state)
{
Console.WriteLine (TickNext ? "Tick" : "Tock");
TickNext = ! TickNext;
}
}
從上面的代碼中，我們知道第一個(gè)函數(shù)回調(diào)是在1000毫秒后才發(fā)生的，以后的函數(shù)回調(diào)也是在每隔1000毫秒之后發(fā)生的，這是由Timer對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)中的第三個(gè)參數(shù)所決定的。程序會(huì)在1000毫秒的時(shí)間間隔后不斷的產(chǎn)生新線程，只到用戶輸入回車才結(jié)束運(yùn)行。不過值得注意的是，雖然我們?cè)O(shè)置了時(shí)間間隔為1000毫秒，但是實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候往往并不能非常精確。因?yàn)閃indows操作系統(tǒng)并不是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，而公用語言運(yùn)行時(shí)也不是實(shí)時(shí)的，所以由于線程調(diào)度的千變?nèi)f化，實(shí)際的運(yùn)行效果往往是不能精確到毫秒級(jí)的，但是對(duì)于一般的應(yīng)用來說那已經(jīng)是足夠的了，所以你也不必十分苛求。
小結(jié)
本文介紹了在.Net下進(jìn)行多線程編程所需要掌握的一些基本知識(shí)。從文章中我們可以知道在.Net下進(jìn)行多線程編程相對(duì)以前是有了大大的簡化，但是其功能并沒有被削弱。使用以上的一些基本知識(shí)，讀者就可以試著編寫.Net下的多線程程序了。不過要編寫出功能更加強(qiáng)大而且Bug少的多線程應(yīng)用程序，讀者需要掌握諸如線程同步、線程池等高級(jí)的多線程編程技術(shù)。讀者不妨參考一些操作系統(tǒng)方面或是多線程編程方面的技術(shù)叢書。