C# 线程小结

进程与线程

什么是进程？

当一个程序开始运行时，它就是一个进程，进程包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。
而一个进程又是由多个线程所组成的。

什么是线程？
线程是程序中的一个执行流，每个线程都有自己的专有寄存器(栈指针、程序计数器等)，但代码区是共享的，即不同的线程可以执行同样的函数。

进程与线程的比较：

进程是系统进行资源分配和调度的单位；线程是CPU调度和分派的单位，一个进程可以有多个线程，这些线程共享这个进程的资源。

引入进程的目的，是为了使多道程序并发执行，以提高资源利用率和系统吞吐量；

而引入线程，则是为了减小程序在并发执行时所付出的时空开销，提高操作系统的并发性能。

线程最直接的理解就是“轻量级进程”，它是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单元，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。

1) 调度。在传统的操作系统中，拥有资源和独立调度的基本单位都是进程。在引入线程的操作系统中，线程是独立调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位。在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换。在不同进程中进行线程切换,如从一个进程内的线程切换到另一个进程中的线程时，会引起进程切换。
2) 拥有资源。不论是传统操作系统还是设有线程的操作系统，进程都是拥有资源的基本单位，而线程不拥有系统资源（也有一点必不可少的资源），但线程可以访问其隶属进程的系统资源。
3) 并发性。在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且多个线程之间也可以并发执行，从而使操作系统具有更好的并发性，提高了系统的吞吐量。
4) 系统开销。由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、 I/O设备等，因此操作系统所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及当前执行进程CPU环境的保存及新调度到进程CPU环境的设置，而线程切换时只需保存和设置少量寄存器内容，开销很小。此外，由于同一进程内的多个线程共享进程的地址空间，因此，这些线程之间的同步与通信非常容易实现，甚至无需操作系统的干预。
5) 地址空间和其他资源（如打开的文件）：进程的地址空间之间互相独立，同一进程的各线程间共享进程的资源，某进程内的线程对于其他进程不可见。
6) 通信方面：进程间通信(IPC)需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性，而线程间可以直接读/写进程数据段（如全局变量）来进行通信。

什么是多线程？
多线程是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，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。
多线程的优点：
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可以运行其它的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。
多线程的缺点：
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；
多线程需要协调和管理，所以需要CPU时间跟踪线程；
线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题；
线程太多会导致控制太复杂，最终可能造成很多Bug；

1.任何程序在执行时，至少有一个主线程。

2.firstThread.Start()启动了一个线程后，用firstThread.Join()这个方法加入一个线程[即:暂停了主线程的运行]，那么操作系统就会马上执行这个新加入的线程

3.Join就是加入的意思，也就是说新创建的线程加入到进程中，并马上执行

4.所以要想一个线程在启动后就马上执行,必须调用Thread.Join()方法.

5.到这里,Thread.Join()这个方法的作用也就明显了:当调用了 Thread.Join()方法后,当前线程会立即被执行,其他所有的线程会被暂停执行。当这个线程执行完后,其他线程才会继续执行。

线程的优先级

当线程之间争夺CPU时间时，CPU 是按照线程的优先级给予服务的。

在C#应用程序中，用户可以设定5个不同的优先级，由高到低分别是Highest，AboveNormal，Normal，BelowNormal，Lowest，

在创建线程时如果不指定优先级，那么系统默认为ThreadPriority.Normal。

1.主线程永远是最先执行的，但当新线程启动[Thread.Start()],并加入[Thread.Join()]后,主线程会暂停。

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函数。这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（critical section），互斥段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。

在C#中，关键字lock定义如下：

lock(expression)

statement_block

expression代表你希望跟踪的对象，通常是对象引用。
如果你想保护一个类的实例，一般地，你可以使用this；
如果你想保护一个静态变量（如互斥代码段在一个静态方法内部），一般使用类名就可以了。

而statement_block就是互斥段的代码，这段代码在一个时刻内只可能被一个线程执行。

带参数的多线程调用

#region 执行带一个参数的多线程

            Thread mythread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Calculate));

            mythread.IsBackground = true;      

            mythread.Start(500);

            #endregion

        private void Calculate(object Max)              //带一个参数的委托函数 

        {

            int max = (int)Max;

            Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();

            for (int i = 0; i < max; i++)

            {

                Thread.Sleep(5);

            }

            stopwatch.Stop();

            long lSearchTime = stopwatch.ElapsedMilliseconds;

            MessageBox.Show(lSearchTime.ToString() + "毫秒");

        }

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方式一：定义一个类，将要传的参数设置为类的属性，然后将参数值赋值给类的属性，将类作为一个参数进行传达,以下代码通过两个参数示例，多个参数一样，代码如下：

class MyClass

    {

        public int Max { get; set; }

        public int Min { get; set; }

    }

            #region 第一种方式：执行带多个参数的多线程

            MyClass model = new MyClass();

            model.Max = 500;

            model.Min = 0;

            Thread mythread1 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(CalculateTwo));

            mythread1.IsBackground = true;      

            mythread1.Start(model);

            #endregion

        private void CalculateTwo(object Myclass)              //带多个参数的委托函数 

        {

            MyClass model = (MyClass)Myclass;

            Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();

            for (int i = model.Min; i < model.Max; i++)

            {

                Thread.Sleep(5);

            }

            stopwatch.Stop();

            long lSearchTime = stopwatch.ElapsedMilliseconds;

            MessageBox.Show(lSearchTime.ToString() + "毫秒");

        }

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方式二：lambda表达式的方式，简单方便,

代码如下：

#region 第二种方式：执行带多个参数的多线程

            Thread mythread2 = new Thread(() => CalculateThree(500, 0));

            mythread2.IsBackground = true;        //設置為後臺線程,程式關閉后進程也關閉,如果不設置true，則程式關閉,此線程還在內存,不會關閉

            mythread2.Start();

            #endregion

        private void CalculateThree(int Max,int Min)              //带多个参数的委托函数 

        {

            Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();

            for (int i = Min; i < Max; i++)

            {

                Thread.Sleep(5);

            }

            stopwatch.Stop();

            long lSearchTime = stopwatch.ElapsedMilliseconds;

            MessageBox.Show(lSearchTime.ToString() + "毫秒");

        }

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静态变量和静态方法的线程安全问题

　　静态方法内部创建的局部参数是线程安全的，不同线程调用同一个静态方法时，他们不会共享静态方法内部创建的参数，代码举例如下

public static void Test()
{
    int i = 0;
    Console.WriteLine(i);
    i++;
}

上面代码中，变量i在不同线程间是不会共享的，不同线程分别调用该方法，输出都是1,。

静态变量在不同线程间是共享的，这个相信大家都知道，而当静态方法中对静态变量进行操作时，这就涉及到了线程安全问题：

private static int i = 0;
public static void Test()
{
    Console.WriteLine(i);
    i++;
}

这段代码在由不同线程进行操作时，存在线程安全问题，所以应该加锁

private static int i = 0;
public static void Test()
{
    lock(this)
    {   
        Console.WriteLine(i);
        i++;
    }
}