1、第七章 多線程程序設計,7.1 創(chuàng)建線程 7.2 多個線程互斥 7.3 生產(chǎn)者線程和消費者線程的同步,如果在一個程序中，有多個工作要同時做，可以采用多線程。在Windows操作系統(tǒng)中可以運行多個程序，把一個運行的程序叫做一個進程。一個進程又可以有多個線程，每個線程輪流占用CPU的運行時間，Windows操作系統(tǒng)將時間分為時間片，一個線程用完一個時間片后，操作系統(tǒng)將此線程掛起，將另一個線程喚醒，使其使用下一個時間片，操作系統(tǒng)不斷的把線程掛起，喚醒，再掛起，再喚醒，如此反復，由于現(xiàn)在CPU的速度比較快，給人的感覺象是多個線程同時執(zhí)行。Windows操作系統(tǒng)中有很多這樣的例子，例如復制文件時，一方面

2、在進行磁盤的讀寫操作，同時一張紙不停的從一個文件夾飄到另一個文件夾，這個飄的動作實際上是一段動畫，兩個動作是在不同線程中完成的，就像兩個動作是同時進行的。又如Word程序中的拼寫檢查也是在另一個線程中完成的。每個進程最少有一個線程，叫主線程，是進程自動創(chuàng)建的，每進程可以創(chuàng)建多個線程。,Process類,Process類 Process類位于System.Diagnostics名稱空間下，它專門用于完成系統(tǒng)進程的管理任務。 可以在本地計算機上啟動和停止進程，也可以向進程查詢特定類型的信息。在遠程計算機上，無法啟動和停止進程，但可以查詢進程的相關信息。在對進程進行操作時，首先要創(chuàng)建Process類

3、的實例，其次還需要設置其對象成員的StartInfo屬性，最后調(diào)用它的Start方法。,例.啟動、停止和觀察進程,1. 新建一個名為ProcessExample的Windows應用程序。 2. 從工具箱中將Process組件拖放到設計窗體。 3. 添加名稱空間 ： using System.Diagnostics; using System.Threading; 4. 添加“啟動記事本”、“停止記事本”和“觀察所有進程”三個按鈕，并添加Click事件代碼： private void buttonStart_Click(object sender, EventArgs e) process1.S

4、tartInfo.FileName = notepad.exe; /啟動Notepad.exe進程. process1.Start(); ,private void buttonStop_Click(object sender, EventArgs e) /創(chuàng)建新的Process組件的數(shù)組,并將它們與指定的進程名稱（Notepad）的所有進程資源相關聯(lián). Process myprocesses; myprocesses = Process.GetProcessesByName(Notepad); foreach (Process instance in myprocesses) /設置終止當前

5、線程前等待1000毫秒 instance.WaitForExit(1000); instance.CloseMainWindow(); private void buttonView_Click(object sender, EventArgs e) listBox1.Items.Clear(); /創(chuàng)建Process類型的數(shù)組,并將它們與系統(tǒng)內(nèi)所有進程相關聯(lián),Process processes; processes = Process.GetProcesses(); foreach (Process p in processes) /由于訪問Idle的StartTime會出現(xiàn)異常，所以將其排

6、除在外 if (p.ProcessName != Idle) /將每個進程名和進程開始時間加入listBox1中 this.listBox1.Items.Add( string.Format(0,-301:h:m:s, p.ProcessName, p.StartTime); ,超級鏈接到微軟網(wǎng)站 : System.Diagnostics.Process.Start( 打開一個窗口，列出C盤根目錄下的文件及文件夾 : System.Diagnostics.Process.Start(C:/);,7.1 創(chuàng)建線程,本節(jié)介紹線程類(Thread)的屬性和方法以及如何創(chuàng)建線程。,7.1.1 線程類(

7、Thread)的屬性和方法,線程類在命名空間System.Threading中定義的，因此如果要創(chuàng)建多線程，必須引入命名空間System.Threading。Thread類的常用屬性和方法如下： 屬性Priority：設置線程優(yōu)先級，有5種優(yōu)先級類別：AboveNormal(稍高)、BelowNormal(稍低)、Normal(中等，默認值)、Highest(最高)和Lowest(最低)。例如語句myThread.Priority=ThreadPriority.Highest設置線程myThread的優(yōu)先級為最高。優(yōu)先級高的線程先運行，只有優(yōu)先級高的線程停止、休眠或暫停時，低優(yōu)先級的線程才能運

8、行。,構造函數(shù)：Thread(new ThreadStart(線程中要執(zhí)行的無參數(shù)方法名)，參數(shù)中指定的方法需要程序員自己定義，這個方法完成線程所要完成的任務，退出該方法，線程結束。該方法必須為公有void類型的方法，無參數(shù)。如果希望有參數(shù)，可使用C#2.0中新構造函數(shù)：Thread(new ParameterizedThreadStart(線程中要執(zhí)行的有參數(shù)方法名)。 方法Start()：建立線程類對象后，線程處于未啟動狀態(tài)，這個方法使線程改變?yōu)榫途w狀態(tài)，如果能獲的CPU的運行時間，線程變?yōu)檫\行狀態(tài)。 方法IsAlive()：判斷線程對象是否存在，=true，線程存在。,方法Abort()

9、：撤銷線程對象。不能撤銷一個已不存在的線程對象，因此在撤銷一個線程對象前，必須用方法IsAlive()判斷線程對象是否存在。 靜態(tài)方法Sleep()：線程休眠參數(shù)設定的時間，單位為毫秒，此時線程處于休眠狀態(tài)。線程休眠后，允許其他就緒線程運行。休眠指定時間后，線程變?yōu)榫途w狀態(tài)。 方法Suspend()和Resume()：Suspend()方法使線程變?yōu)閽炱馉顟B(tài)。Resume方法使掛起線程變?yōu)榫途w狀態(tài)，如能獲的CPU的運行時間，線程變?yōu)檫\行狀態(tài)。如線程多次被掛起，調(diào)用一次Resume()方法就可以把線程喚醒。由于不安全C#2.0建議不使用這兩個函數(shù)。,7.1.2 創(chuàng)建線程,【例7.1】本例使用線程

10、類Thread創(chuàng)建一個新的線程，在標簽控件中顯示該線程運行的時間。在窗體放置2個按鈕，單擊按鈕完成新建和停止線程的功能。 新建項目。在窗體中放置2個按鈕和1個標簽控件(label1)。button1的屬性Text=“新線程”, Enabled=true。button2的屬性Text=“撤銷”, Enabled=false。 在Form1.cs頭部增加語句： using System.Threading。 為Form1類中聲明一個代表類dFun、定義一個類dFun的變量和線程類變量：,delegate void dFun(string text); dFun dFun1; /dFun類變量 pr

11、ivate Thread thread; /線程類變量 為標題為“新線程”的按鈕(button1)增加單擊事件處理函數(shù)如下： private void button1_Click(object sender, EventArgs e) thread=new Thread(new ThreadStart(fun); label1.Text=0;/運行時間從0開始 thread.Start(); button1.Enabled=false; button2.Enabled=true; ,為標題為“撤銷”的按鈕(button2)增加單擊事件處理函數(shù)如下： private void button2_C

12、lick(object sender, EventArgs e) if(thread.IsAlive) thread.Abort();/撤銷線程對象 button1.Enabled=true; button2.Enabled=false; ,C#線程模型允許將任何一個void類型的公有方法（靜態(tài)或非靜態(tài)）作為線程方法，因此允許在任何一個類（不要求這個類是某個類的子類）中定義線程方法，而且同一個類中可以定義多個線程方法。C#2.0不允許在此函數(shù)中直接修改線程外控件屬性，這是防止多個線程同時修改同一控件的同一屬性發(fā)生錯誤，必須使用控件的Invoke方法修改線程外控件屬性，Invoke方法有兩個參數(shù)

13、，參數(shù)1是修改控件屬性的方法的代表, 參數(shù)2是object數(shù)組，是傳遞給參數(shù)1代表的方法的參數(shù)。為Form1類定義一個線程方法如下：,public void fun() while(true)/退出該方法，線程結束 int x=Convert.ToInt32(label1.Text); x+; string s=Convert.ToString(x); label1.Invoke(dFun1,new objects); Thread.Sleep(1000); /線程休眠1秒鐘 為Form1類定義一個修改label1.Text的方法如下：,private void SetText(string

14、text) label1.Text = text; 在Form1類的構造函數(shù)的最后增加如下語句： dFun1=new dFun(SetText); 在關閉程序之前，必須撤銷線程對象。為主窗體的Closing事件增加事件處理函數(shù)如下： private void Form1_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e) if(thread.IsAlive) thread.Abort(); 編譯運行，單擊標題為新線程的按鈕，新線程開始，計數(shù)器從0開始計數(shù)。單擊標題為撤銷的按鈕，線程對象被撤銷，計數(shù)器停止計數(shù)。,7.1.3 進度條(Progres

15、sBar)控件,進度條(ProgressBar)控件經(jīng)常用來顯示一個任務的進度。有時，要完成一個長時間的任務，例如一個軟件的安裝，如果沒有任何提示，使用者可能分不清任務是在進行中，還是死機了，可以使用進度條顯示安裝進度，表示安裝正在進行。進度條常用屬性如下： 屬性Maximum和Minimum：進度條代表的最大值和最小值(整數(shù))，默認值分別為100，0。 屬性Step：變化的步長，默認值為10。 屬性Value：進度條當前位置代表的值。修改該值，達到一個Step，進度增加一格。,7.1.3 用線程控制進度條,有時需要建立多個線程，每個線程要實現(xiàn)的功能基本相同，但有個別參數(shù)不同，例如，每個線程完

16、成同樣的任務，但控制的對象不同?？墒褂肅#2.0中定義的線程類構造函數(shù)Thread(new ParameterizedThreadStart()創(chuàng)建新線程，處為一個實現(xiàn)線程所要求任務的方法，該方法只允許有1個object類型參數(shù)，可用參數(shù)傳遞不同對象。實現(xiàn)方法見下例。 【例7.2】建立兩個線程，分別控制兩個進度條(ProgressBar)控件，每個進度條的屬性Value變化的速率不一樣。具體實現(xiàn)步驟如下，運行效果如圖。,新建項目。在Form1.cs頭部增加語句：using System.Threading。 在窗體中放置2個進度條(ProgressBar)控件。屬性Name分別為Progres

17、sBar1、ProgressBar2 。 為Form1類中聲明一個結構、代表類dFun、定義一個類dFun的變量和線程類變量： 結構定義，由于要傳遞兩個參數(shù)，定義結構代表兩個參數(shù) struct Fargs public ProgressBar PB;/線程控制的對象 public int SleepT; /線程休眠時間,delegate void dFun(ProgressBar p); dFun dFun1; /Fun類變量 private Thread thread1;/線程類變量 private Thread thread2; Fargs Frags1; /結構變量 為Form1類定義一

18、個線程方法如下(注意只能有一個object類參數(shù))： public void fun(object data) Fargs Frags2 = (Fargs)data; ProgressBar p1 = Frags2.PB; int SleepTime = Frags2.SleepT; while (p1.Value 100) p1.Invoke(dFun1, new object p1 ); Thread.Sleep(SleepTime); 5.為Form1類定義一個修改進度條的屬性Value的方法如下：,private void SetValue(ProgressBar p2) p2.Val

19、ue += 1; 6.在Form1類的Load事件增加事件函數(shù)如下(此處代碼不能放在構造函數(shù)中)： private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) dFun1 = new dFun(SetValue); thread1 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(fun); thread2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(fun); Frags1.PB = progressBar1; Frags1.SleepT = 100; thread1.Sta

20、rt(Frags1); /注意如何為fun方法傳遞參數(shù) Frags1.PB = progressBar2; Frags1.SleepT = 200; thread2.Start(Frags1); ,7.為主窗體的Closing事件增加事件處理函數(shù)如下： private void Form1_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e) if(thread1.IsAlive) thread1.Abort(); if(thread2.IsAlive) thread2.Abort(); 8.編譯，運行，可以看到兩個進度條以不同的速度前進，當進度

21、條被添滿，線程停止。,7.1.5 BackgroundWorker組件,Windows應用程序如需要執(zhí)行長時間的后臺操作(例如Word程序的拼寫檢查)，可以建立一個優(yōu)先級最低的線程完成這樣的工作。編寫這樣線程代碼可能是一項艱巨而又耗時的工作。在VS2005中，可以使用BackgroundWorker控件簡化編程?？丶Ｓ脤傩院头椒ㄈ缦拢?方法RunWorkerAsync(object):啟動線程，參數(shù)將傳遞給線程DoWork事件處理函數(shù)。 方法CancelAsync()：結束線程。 事件DoWork：希望在線程中完成的工作代碼放到此事件處理函數(shù)中。 事件RunWorkerCompleted：線

22、程結束引發(fā)的事件。通過事件函數(shù)參數(shù)2獲得退出的原因。,7.2 多個線程互斥,多個線程同時修改共享數(shù)據(jù)可能發(fā)生錯誤。假設2個線程分別監(jiān)視2個入口進入的人數(shù)，每當有人通過入口，線程用C#語句對總人數(shù)變量執(zhí)行加1操作。一條C#語句可能包含若干機器語言語句，假設C#語句加1操作包含的機器語言語句是：取總人數(shù)，加1，再存回。操作系統(tǒng)可以在一條機器語言語句結束后，掛起運行的線程。如當前總人數(shù)為5，線程1運行，監(jiān)視到有人通過入口，取出總人數(shù)(=5)后，線程1時間用完掛起。線程2喚醒，也監(jiān)視到有人通過入口，并完成了總人數(shù)加1并送回的操作，總人數(shù)為6，線程2掛起。線程1喚醒，對已取出的總人數(shù)(此時為5)加1，存

23、回去，總人數(shù)應為7，實為6，少算一個。為了防止此類錯誤，在一個線程修改共享資源(例如上例的總人數(shù)變量)時，不允許其他線程對同一共享資源進行修改，這叫線程的互斥。這樣的實例很多，例如計算機中的許多外設，網(wǎng)絡中的打印機等都是共享資源，只允許一個進程或線程使用。,7.2.1多個線程同時修改共享數(shù)據(jù)可能發(fā)生錯誤,【例7.4】下邊的例子模擬2個線程同時修改同一個共享數(shù)據(jù)時可能發(fā)生的錯誤。 1.新建項目。在Form1.cs頭部增加語句： using System.Threading。 2.為Form1類定義2個線程類變量：Thread thread1,thread2。定義整形變量：int num=0。 3

24、.在窗體中放置一個標簽和按鈕控件，按鈕的事件處理函數(shù)如下： private void button1_Click(object sender, EventArgs e) label1.Text = num.ToString(); 4.為Form1類構造函數(shù)增加語句如下： thread1= new Thread(new ThreadStart(Fun1); thread2= new Thread(new ThreadStart(Fun2); thread1.Start(); thread2.Start();,5.為Form1類中定義Fun1()和Fun2()方法如下： public void F

25、un1() int k,n; for(k=0;k4;k+) n=num;/取出num，可以把把num想象為總人數(shù) n+;/加1 /模擬復雜的費時運算，在此期間，有可能時間片用完 Thread.Sleep(20); num=n;/存回num Thread.Sleep(50); /退出該方法，線程結束,public void Fun2() int k,n; for(k=0;k4;k+) n=num; n+; Thread.Sleep(10); num=n; Thread.Sleep(100); 6.編譯運行，單擊按鈕，標簽控件應顯示8，實際運行多次，顯示的數(shù)要小于8。,7.2.2 用Lock語句實

26、現(xiàn)互斥,Lock語句的形式如下：lock(e)訪問共享資源的代碼。其中e指定要鎖定的對象，鎖定該對象內(nèi)所有臨界區(qū)，必須是引用類型，一般為this。Lock語句將訪問共享資源的代碼標記為臨界區(qū)。臨界區(qū)的意義是：假設線程1正在執(zhí)行e對象的臨界區(qū)中的代碼時，如其他線程也要求執(zhí)行這個e對象的任何臨界區(qū)中代碼，將被阻塞，一直到線程1退出臨界區(qū)。 【例7.5】用C#語句Lock實現(xiàn)互斥。修改例7.4中的Fun1()和Fun2()方法如下：,public void Fun1() int k,n; for(k=0;k4;k+) lock(this)/這里的this是Form1類的對象 n=num;/這對大括號

27、中代碼為this的臨界區(qū) n+;/this的臨界區(qū)包含兩部分，函數(shù)Fun1和Fun2中的臨界區(qū) Thread.Sleep(10); num=n; Thread.Sleep(50); /退出該方法，線程結束,public void Fun2() int k,n; for(k=0;k4;k+) /如有線程進入此臨界區(qū),其他線程就不能進入這個臨界區(qū) lock(this) n=num;/也不能進入前邊的臨界區(qū) n+; Thread.Sleep(10); num=n; Thread.Sleep(100); 編譯運行，單擊按鈕標簽控件應顯示8。如果有多個共享數(shù)據(jù)區(qū)，使用此方法不太方便。,7.2.3 用Mu

28、tex類實現(xiàn)互斥,可以使用Mutex類對象保護共享資源(如上例中的總人數(shù)變量)不被多個線程同時訪問。Mutex類WaitOne方法和ReleaseMutex方法之間代碼是互斥體，這些代碼要訪問共享資源。Mutex類的WaitOne方法分配互斥體訪問權，該方法只向一個線程授予對互斥體的獨占訪問權。如果一個線程獲取了互斥體，則要獲取該互斥體的第二個線程將被掛起，直到第一個線程用ReleaseMutex方法釋放該互斥體。 【例7.6】使用Mutex類對象實現(xiàn)互斥。修改例7.4，為Form1類增加私有Mutex類變量：private Mutex mut。在Form1類構造函數(shù)中增加語句：mut=new

29、 Mutex();該句位置必須在建立線程語句之前。修改例7.4中的兩個Fun1()和Fun2()方法如下：,public void Fun1() int k,n; for(k=0;k4;k+) mut.WaitOne();/等待互斥體訪問權 n=num;/ mut.WaitOne()和mut.ReleaseMutex()之間是互斥體 n+;/Mutex類對象mut的互斥體包含兩部分，函數(shù)Fun1和Fun2中的互斥體 Thread.Sleep(10);/有線程進入一個互斥體，其他線程不能進入任何一個互斥體 num=n; mut.ReleaseMutex();/釋放互斥體訪問權 Thread.Sl

30、eep(50); /退出該方法，線程結束,public void Fun2() int k,n; for(k=0;k4;k+) mut.WaitOne(); n=num; n+; Thread.Sleep(10); num=n; mut.ReleaseMutex(); Thread.Sleep(100); 編譯，運行，標簽控件顯示8。如果有多個共享數(shù)據(jù)區(qū)，可以定義多個Mutex類對象。,7.2.4 用Monitor類實現(xiàn)互斥,也可以使用Monitor類保護共享資源不被多個線程或進程同時訪問。Monitor類通過向單個線程授予對象鎖來控制對對象的訪問。只有擁有對象鎖的線程才能執(zhí)行臨界區(qū)的代碼，此

31、時其他任何線程都不能獲取該對象鎖。只能使用Monitor類中的靜態(tài)方法，不能創(chuàng)建Monitor類的實例。Monitor類中的靜態(tài)方法主要有： 方法Enter：獲取參數(shù)指定對象的對象鎖。此方法放在臨界區(qū)的開頭。如其他線程已獲取對象鎖，則該線程將被阻塞，直到其他線程釋放對象鎖，才能獲取對象鎖。,方法Wait：釋放參數(shù)指定對象的對象鎖，以便允許其他被阻塞的線程獲取對象鎖。該線程進入等待狀態(tài)，等待狀態(tài)必須由其他線程用方法Pulse或PulseAll喚醒，使等待狀態(tài)線程變?yōu)榫途w狀態(tài)。 方法Pulse和PulseAll：向等待線程隊列中第一個或所有等待參數(shù)指定對象的對象鎖的線程發(fā)送信息，占用對象鎖的線程準

32、備釋放對象鎖。執(zhí)行方法Exit后將釋放對象鎖。 方法Exit：釋放參數(shù)指定對象的對象鎖。此操作還標記受對象鎖保護的臨界區(qū)的結尾。 使用Monitor類實現(xiàn)互斥也很簡單，請讀者修改例7_2_1，使用Monitor類實現(xiàn)互斥。Monitor類主要用來實現(xiàn)生產(chǎn)者和消費者關系中的線程的同步，具體例子見下一節(jié)。,7.3 生產(chǎn)者線程和消費者線程的同步,在生產(chǎn)者和消費者關系中，生產(chǎn)者線程產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存到公共數(shù)據(jù)區(qū)，消費者線程使用數(shù)據(jù)，從公共數(shù)據(jù)區(qū)取出數(shù)據(jù)。顯然如果公共數(shù)據(jù)區(qū)只能存一個數(shù)據(jù)，那么在消費者線程取出數(shù)據(jù)前，生產(chǎn)者線程不能放新數(shù)據(jù)到公共數(shù)據(jù)區(qū)，否則消費者線程將丟失數(shù)據(jù)。同樣只有生產(chǎn)者線程把數(shù)據(jù)

33、已經(jīng)放到公共數(shù)據(jù)區(qū)，消費者線程才能取出數(shù)據(jù)，否則消費者線程不能取數(shù)據(jù)。這些就是所謂的生產(chǎn)者和消費者關系，必須要求生產(chǎn)者線程和消費者線程同步。,7.3.1 生產(chǎn)者線程和消費者線程不同步可能發(fā)生錯誤,【例7.7】下邊的例子模擬生產(chǎn)者線程和消費者線程不同步可能發(fā)生錯誤。有一個公共變量，要求生產(chǎn)者線程順序放1到4到這個公共變量中，每放一個變量，消費者線程取出這個數(shù)求和，最后把和顯示出來，顯然和應為10。如不采取同步措施，和的結果不正確。 1.新建項目。在Form1.cs頭部增加語句： using System.Threading。 2.為Form1類定義2個線程類變量：Thread thread1,thread2。 3.為Form1類定義2個整形變量：int sum=0,x=-1。 4.在窗體中放置一個標簽和按鈕控件，按鈕的事件處理函數(shù)如下： private void