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先来看几个基本概念(纯属个人见解,可能不准确):
进程:程序运行时,占用的全部运行资源的总和。
线程:线程是隶属于操作系统管理的,也可以有自己的计算资源,是程序执行流的最小单位。任何的操作都是由线程来完成的。
多线程:多核cpu协同工作,多个执行流同时运行,是用资源换时间。(单核cpu,不存在所谓的多线程)。
Thread的对象是非线程池中的线程,有自己的生命周期(有创建和销毁的过程),所以不可以被重复利用(一个操作中,不会出现二个相同Id的线程)。
Thread的常见属性:
Thread的常见用法:
调用join方法可以等待另一个线程结束。
private void button5_Click(object sender, EventArgs e) {
Console.WriteLine($"===============Method start time is {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")},Thread ID is {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},is back ground: {Thread.CurrentThread.IsBackground}==================="); //开启一个线程,构造方法可重载两种委托,一个是无参无返回值,一个是带参无返回值 Thread thread = new Thread(a => DoSomeThing("Thread")); //当前线程状态 Console.WriteLine($"thread's state is {thread.ThreadState},thread's priority is {thread.Priority} ,thread is alived :{thread.IsAlive},thread is background:{thread.IsBackground},thread is pool threads: {thread.IsThreadPoolThread}"); //告知操作系统,当前线程可以被执行了。 thread.Start(); //阻塞当前执行线程,等待此thread线程实例执行完成。无返回值 thread.Join(); //最大等待的时间是5秒(不管是否执行完成,不再等待),返回一个bool值,如果是true,表示执行完成并终止。如果是false,表示已到指定事件但未执行完成。 thread.Join(5000); Console.WriteLine($"===============Method end time is {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")},,Thread ID is {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},is back ground: {Thread.CurrentThread.IsBackground}==================="); }
private void DoSomeThing(string name) { Console.WriteLine($"do some thing start time is {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")},Thread ID is {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},is back ground: {Thread.CurrentThread.IsBackground}"); long result = 0; for (long i = 0; i < 10000 * 10000; i++) { result += i; } Console.WriteLine($"do some thing end time is {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")},Thread ID is {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},is back ground: {Thread.CurrentThread.IsBackground}"); }
注意 :thread 默认是前台线程,启动后一定要完成任务的,即使程序关掉(进程退出)也要执行完。可以把thread 指定为后台线程,随着进程的退出而终止。
//false,默认是前台线程,启动后一定要完成任务的,即使程序关掉(进程退出)也要执行完。 Console.WriteLine(thread.IsBackground); thread.IsBackground = true;//指定为后台线程。(随着进程的退出而退出)
Thread.Sleep()会暂停当前线程,,并等待一段时间。其实,Thread.Sleep只是放弃时间片的剩余时间,让系统重新调度并选择一个合适的线程。
在没有其他活动线程的情况下,使用Thread.Sleep(0)还是会选上自身,即连任,系统不会对其做上下文切换。
static void Main(string[] args) { Stopwatch stopwatch=new Stopwatch(); stopwatch.Start(); Thread.Sleep(0); stopwatch.Stop(); System.Console.WriteLine(stopwatch.ElapsedMilliseconds); //返回0 }
而Thread.Sleep(大于0)却让当前线程沉睡了,即使只有1ms也是沉睡了,也就是说当前线程放弃下次的竞选,所以不能连任,系统上下文必然发生切换。
Thread的回调用法:
Thread没有像Framework中的delegate的回调用法,如果需要回调得自动动手改造:
private void CallBack(Action action, Action calback) { Thread thread = new Thread(() => { action(); calback(); }); thread.Start(); } //无参无返回值 CallBack(() => Console.WriteLine("好吗?"), () => Console.WriteLine("好的!"));
private Func<T> CallBackReturn<T>(Func<T> func) { T t = default(T); Thread thread = new Thread(() => { t = func(); }); thread.Start(); return () => { thread.Join(); return t; }; } //带返回值得用法 Func<int> func = CallBackReturn<int>(() => DateTime.Now.Second); Console.WriteLine("线程未阻塞"); int result = func.Invoke(); Console.WriteLine("result:" + result);
ThreadPool 线程池
Thread的功能太过强大,像我这样的小白是用不好的(之前在项目中大量使用Thread的API,出现了许多意想不到的bug)。线程池中的线程在同一操作中可以被重复利用。
//开启多线程 ThreadPool.QueueUserWorkItem(n => DoSomeThing("ThreadPool"));
个人觉得尽量不要阻塞线程池的线程,因为线程池里的线程数量是有限的,当线程池中没有线程可用时,会出现死锁。如果非要等待,用法如下:
ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false); ThreadPool.QueueUserWorkItem(n => { DoSomethingLong("ThreadPool"); manualResetEvent.Set(); }); //等待线程完成 manualResetEvent.WaitOne();
Task
Task是基于ThreadPool的基础上做的封装,属于线程池中的线程。
Task启动多线程的方式:
方式一:指定任务的开始时机
/// <summary> /// 使用Task或Task<T>创建任务,需指定任务的开始时机(任务调度)。 /// </summary> public static void Demo1() { Task task = new Task(() => { Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine($"Current thread id is {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }); task.Start();//任务调度(开始任务) Console.WriteLine($"Current thread name is {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine($"当前任务状态:{task.Status}"); task.Wait(); //等待任务执行完成 Console.WriteLine($"当前任务状态:{task.Status}"); }
方式二:一步完成多线程的创建和启动
/// <summary> /// 使用Task.Run()方法一步完成多线程的创建和启动(当前线程立即准备启动任务)。 /// <remark> /// 如果不需要对任务的创建和调度做更多操作,Task.Run()方法是创建和启动任务的首选方式。 /// </remark> /// </summary> public static void Demo2() { Task task = Task.Run(() => { Thread.Sleep(3000); Console.WriteLine($"Current thread id is {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }); task.Wait(); //等待,直到任务完成 }
方式三:需要想多线程任务传递状态参数
/// <summary> /// Task和Task<TResult>都有静态属性Factory,它返回默认的实例TaskFactory. /// 使用Task.Factory.StartNew()方法也可以一步完成任务的创建和启动。 /// 当前需要向任务传递一个状态(参数)。可以使用此方法。 /// </summary> public static void Demo3() { Task[] tasks = new Task[10]; for (int i = 0; i < tasks.Length; i++) { tasks[i] = Task.Factory.StartNew((obj) => { CustomData data = obj as CustomData; data.ThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId; }, new CustomData { CreationTime = DateTime.Now.Ticks, Index = i}); }
//以阻塞当前线程的方式,等待所以子线程的完成 Task.WaitAll(tasks); foreach (var task in tasks) { //通过任务的AsyncState属性,可以获取任务状态(提供给任务的参数). var data = task.AsyncState as CustomData; Console.WriteLine(JsonConvert.SerializeObject(data)); } } //Task.Factory.StartNew() 调用无返回值的任务 //Task<TResult>.Factory.StartNew() 调用有返回值的任务
Task<TResult>
public static void Demo4() { Task<Double>[] tasks = { Task<Double>.Factory.StartNew(() => DoComputation(1.0)), Task<Double>.Factory.StartNew(() => DoComputation(100.0)), Task<Double>.Factory.StartNew(() => DoComputation(1000.0)) }; var results = new Double[tasks.Length]; Double sum = 0; for (int i = 0; i < tasks.Length; i++) { //Task<TResult>.Result属性包含任务的计算结果,如果在任务完成之前调用,则会阻塞线程直到任务完成 results[i] = tasks[i].Result; Console.Write("{0:N1} {1}", results[i], i == tasks.Length - 1 ? "= " : "+ "); sum += results[i]; } Console.WriteLine("{0:N1}", sum); } private static Double DoComputation(Double start) { Double sum = 0; for (var value = start; value <= start + 10; value += .1) sum += value; return sum; }
Task的常用API
WaitAny和WaitAll,会阻塞当前线程(主线程)的执行:
List<Task> tasks = new List<Task>(); tasks.Add(Task.Run(() => DoSomeThing("Task1"))); tasks.Add(Task.Run(() => DoSomeThing("Task2"))); tasks.Add(Task.Run(() => DoSomeThing("Task3"))); //阻塞当前线程的执行,等待任意一个子线程任务完成后继续往下执行 Task.WaitAny(tasks.ToArray()); //阻塞当前线程的执行,等待所有子线程任务完成后继续往下执行 Task.WaitAll(tasks.ToArray());
WhenAll和WhenAny,是通过返回一个Task 对象的方式,来达到非阻塞式的等待
//不阻塞当前线程的执行,等待所有子线程任务完成后,异步执行后续的操作 Task.WhenAll(tasks).ContinueWith(t => { Console.WriteLine($"不阻塞,{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }); //工厂模式的实现 Task.Factory.ContinueWhenAll(tasks.ToArray(), s => { Console.WriteLine("不阻塞" + s.Length); });
public static void Demo8() { var task = Task.Factory .StartNew(() => { Console.WriteLine("1"); return 10; }) .ContinueWith(i => { Console.WriteLine("2"); return i.Result + 1; }) .ContinueWith(i => { Console.WriteLine("3"); return i.Result + 1; }); Console.WriteLine(task.Result); }
控制线程数量的使用,(核心思想来自别人,我感觉控制的很好):
/// <summary> /// 线程数量的控制 /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void Test(object sender, EventArgs e) { //完成10000个任务,但只要11个线程。 List<int> intList = new List<int>(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { intList.Add(i); } Action<int> action = i => { Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Thread.Sleep(new Random(i).Next(100, 300)); }; List<Task> tasks = new List<Task>(); foreach (var item in intList) { int i = item; tasks.Add(Task.Run(() => action(i))); //当已使用了11个线程的时候,即时释放已完成的线程。 if (tasks.Count > 10) { Task.WaitAny(tasks.ToArray()); tasks = tasks.Where(n => n.Status != TaskStatus.RanToCompletion).ToList(); } } Task.WaitAll(tasks.ToArray()); }
注意:应当避免在子线程委托的内部直接使用主线程变量(闭包的弊端问题)
public static void Demo5() { Task[] taskArray = new Task[10]; for (int i = 0; i < taskArray.Length; i++) { taskArray[i] = Task.Factory.StartNew(() => { //当您使用lambda表达式创建委托时,虽然可以访问变量范围内可见的所有变量。 //但是在某些情况下(最明显的是在循环中),lambda不能像预期的那样捕获变量 //(本例中,它只能捕获最后一个值,而不每次迭代的值)。 //因为任务的运行时机不确定。可以通过传递参数的方式,避免此问题的发生。 Console.WriteLine(i);//输出10个10 }); } Task.WaitAll(taskArray); }
public static void Demo9() { //创建父任务 var outer = Task.Run(() => { Console.WriteLine("父任务开始启动!"); //创建子任务 var child = Task.Run(() => { Thread.SpinWait(5000000); Console.WriteLine("分离的任务完成"); }); }); outer.Wait(); //父任务不会等待子任务的完成 Console.WriteLine("父任务完成."); }
public static void Demo10() { var parent = Task.Factory.StartNew(() => { Console.WriteLine("Parent task beginning."); for (int i = 0; i < 10; i++) { Task.Factory.StartNew((x) => { Thread.SpinWait(5000000); Console.WriteLine("Attached child #{0} completed.",x); }, i, TaskCreationOptions.AttachedToParent); } }); parent.Wait(); Console.WriteLine("Parent task completed."); }
//Parallel.For: public static void Main(string[] args) { //计算目录的大小 long totalSize = 0; String[] files =Directory.GetFiles(@"C:\Users\Administrator\Desktop"); Parallel.For(0, files.Length, index => { FileInfo fi = new FileInfo(files[index]); long size = fi.Length; Interlocked.Add(ref totalSize, size); //将两个64位整数相加,并用和替换第一个整数,作为 }); Console.WriteLine("{0:N0} files, {1:N0} bytes", files.Length, totalSize); }
//旋转图片 static void Main(string[] args) { // A simple source for demonstration purposes. Modify this path as necessary. string[] files = Directory.GetFiles(@"C:\Users\Administrator\Desktop\test"); string newDir = @"C:\Users\Administrator\Desktop\test\Modified"; if (!Directory.Exists(newDir)) Directory.CreateDirectory(newDir); // Method signature: Parallel.ForEach(IEnumerable<TSource> source, Action<TSource> body) Parallel.ForEach(files, (currentFile) => { // The more computational work you do here, the greater // the speedup compared to a sequential foreach loop. string filename = Path.GetFileName(currentFile); var bitmap = new Bitmap(currentFile); bitmap.RotateFlip(RotateFlipType.Rotate180FlipNone); bitmap.Save(Path.Combine(newDir, filename)); // Peek behind the scenes to see how work is parallelized. // But be aware: Thread contention for the Console slows down parallel loops!!! Console.WriteLine($"Processing {filename} on thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); //close lambda expression and method invocation }); }
分区局部变量
static void TestParallForeach() { int[] array = Enumerable.Range(1, 100).ToArray(); long totalNum = 0; //int 为集合元素类型 //long 为分区局部变量类型 Parallel.ForEach<int, long>(array, //源集合 () => 0, //初始化局部分区变量,每个分区执行一次 (index, state, subtotal) => //每次迭代的时候执行 { subtotal += index; //修改分区局部变量 return subtotal; //传递给当前分区的下一次迭代 }, //每个分区结束的时间执行,并将该分区最后一次迭代的局部分区变量传递过来。 (finalTotal) => Interlocked.Add(ref totalNum, finalTotal) ); /*重载方式:public static ParallelLoopResult ForEach<TSource, TLocal>(IEnumerable<TSource> source, Func<TLocal> localInit, Func<TSource, ParallelLoopState, TLocal, TLocal> body, Action<TLocal> localFinally); TSource:源数据类型。 source:源数据,必须实现 IEnumerable<T>接口。 TLocal:局部分区变量类型。localInit:初始化局部分区变量的函数。每个分区都是执行此函数一次。 body:并行循环的每次迭代都是调用此方法。 body.TSource:当前元素。body.ParallelLoopState:ParallelLoopState类型的变量,可用来检索循环的状态。 body.TLocal.1:局部分区变量。 body.TLocal.2:返回值。将其传递给特定分区循环的下一个迭代。 localFinally:每个分区的循环完成时调用此委托。*/ Console.WriteLine(totalNum);
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