1、第十一章 創(chuàng)建多線程程序,沈項軍 計算機科學與通信工程學院,2,內容提要,實現線程 定義線程的生命周期 實現多線程 識別線程的優(yōu)先級 在線程中使用同步 識別進程間的通信,3,同時執(zhí)行所有任務，時間更少，效率更高,線程簡介,在同一時間點執(zhí)行各項進程,編譯程序 發(fā)送/接收郵件 打印文件 其他,操作系統(tǒng)允許計算機同時執(zhí)行多項操作,程序 （進程）,4,線程簡介,程序 1,程序 2,線程 1,線程 2,線程 3,線程 1,線程 2,線程 3,單獨的執(zhí)行路徑,多線程,5,進程和線程,進程是程序的一次執(zhí)行 一個或多個線程構成一個進程,進程,線程,6,線程簡介,在以下情況中可能要使用到多線程：,程序需要同時執(zhí)

2、行兩個或多個任務,程序要等待某事件的發(fā)生，例如用戶輸入、文件操作、網絡操作、搜索等,后臺程序,7,線程及多線程工作原理,線程表示計算機執(zhí)行的指令序列。 一個處理器在某一刻只能處理一個任務。如果有一個多處理器系統(tǒng)，理論上它可以同時執(zhí)行多個指令一個處理器執(zhí)行一個指令，但大多數人使用的是單處理器計算機，這種情況是不可能同時發(fā)生的。而實際上，Windows操作系統(tǒng)表面上可以同時處理多個任務，這個過程稱為搶先式多任務處理（pre-emptive multitasking）。,8,搶先式多任務處理,所謂搶先式多任務處理，是指Windows在某個進程中選擇一個線程，該線程運行一小段時間。Microsoft沒

3、有說明這段時間有多長，因為為了獲得最好的性能，Windows有一個內部操作系統(tǒng)參數來控制這個時間值。但在運行Windows應用程序時，用戶不需要知道它。從我們的角度來看，這個時間非常短，肯定不會超過幾毫秒。這段很短的時間稱為線程的時間片（time slice）。過了這個時間片后，Windows就收回控制權，選擇下一個被分配了時間片的線程。這些時間片非常短，我們可以認為許多事件是同時發(fā)生的。,9,實現線程,線程被用來運行完成大型和復雜計算的程序。 使用一個線程執(zhí)行的進程被稱為單線程進程，這里進程是一個程序的運行實例。 單線程程序一次僅可以完成一個任務。在另一個任務開始之前，你必須等待一個任務完成

4、。,10,實現線程,下圖顯示了單線程進程。 為了一次執(zhí)行多于一個任務，你可以在程序中創(chuàng)建多個線程。 創(chuàng)建兩個或更多線程的進程被稱為多線程進程。,11,C#中的線程模型,在單線程模型中，程序使用輪詢來調用事件循環(huán)。 輪詢是一個進程，在其中一次執(zhí)行一個單一的事件。 在帶有輪詢方法的事件循環(huán)中，單一線程以無限循環(huán)的方式運行直到它的操作完成。 在單線程程序中，如果線程從執(zhí)行被掛起因為它正在等待一個系統(tǒng)資源，整個程序停止執(zhí)行。 在多線程中，一個線程等待的CPU時間可以被用來完成另一個任務。,12,C#中的線程模型,在CLR中有兩種線程 System.Threading.Thread代表托管線程 Syst

5、em.Diagonostics.ProcessThread代表OS線程 using System; class HelloWorld static void Main() Console.WriteLine (Hello, World); Console.ReadLine(); ,13,主線程,主線程在C#程序開始執(zhí)行的時候被自動創(chuàng)建。 使用Thread類被排他創(chuàng)建的線程被稱為子線程，其中主線程被稱為父線程或者基本線程。 你可以使用Thread類的CurrentThread屬性來訪問線程。,14,使用線程,在C#中，通過ThreadStart創(chuàng)建線程調用方法的引用，并將該引用通過創(chuàng)建一個Thr

6、ead類型的對象創(chuàng)建一個線程，接著調用新線程的Start()方法啟動線程。 ThreadStart ChildRef = new ThreadStart(ChildThreadCall); Thread ChildThread = new Thread(ChildRef); ChildThread.Start();,引用System.Threading 命名空間,Thread 線程實例名 = new Thread(new ThreadStart(方法名);,只創(chuàng)建但不啟動線程,線程實例名.Start();,啟動線程,15,使用線程,新線程開始異步執(zhí)行線程的方法調用。 線程的處理 啟動線程（St

7、art方法） 掛起線程（Suspend方法） 掛起不會立即生效 恢復被刮起的線程（Resume方法） 恢復不會立即生效 終止線程（Abort方法） 線程的休眠（Sleep方法）,16,管理線程,有許多你可能需要完成的任務來管理線程的活動或生命。 可以通過使用Thread類的各種可用線程方法來管理這些任務。 Thread.Sleep()靜態(tài)方法調用靜態(tài)CurrentThread方法，然后它在指定的時間內暫停線程。,17,管理線程,臨時掛起會話進程（用戶通常不會這么做，但這僅是一個示例，在更真實的示例中，用戶可能是暫停聲音文件或視頻文件的播放） 。 在主線程中編寫如下代碼，掛起該線程： depth

8、ChangeThread.Suspend(); 如果需要恢復該線程，可以使用下面的方法： depthChangeThread.Resume(); 如需要退出該線程 depthChangeThread.Abort();,18,線程使用示例,using System; using System.Threading; class BasicThreadApp public static void ChildThreadCall() try Console.WriteLine(Child thread started); Console.WriteLine(Child thread - countin

9、g to 10); for (int i = 0; i 10; i+) Thread.Sleep(500); Console.Write(0., i); Console.WriteLine(Child thread finished); catch (ThreadAbortException e) Console.WriteLine(Exception has caught); finally Console.WriteLine(Child Thread - unable to be finished); ,public static void Main() ThreadStart Child

10、Ref = new ThreadStart(ChildThreadCall); Console.WriteLine(Main - Creating Child Thread); Thread ChildThread = new Thread(ChildRef); ChildThread.Start(); Console.WriteLine(Main - Sleeping for 2 seconds); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine(n Main - Aborting child thread); ChildThread.Abort(); Conso

11、le.ReadLine(); ,19,線程生命周期,當System.Threading.Thread類的對象被創(chuàng)建的時候，線程的生命周期開始。線程的生命周期結束于任務的執(zhí)行。 在線程的生命周期中有各種狀態(tài)。這些狀態(tài)是： 未啟動狀態(tài) 運行態(tài) 未運行態(tài) 死亡態(tài),20,未啟動狀態(tài),當一個Thread類的實例被創(chuàng)建的時候，線程進入未啟動狀態(tài)。 新線程是Thread類的一個空對象，沒有系統(tǒng)資源例如內存被分配給它。,21,運行態(tài),線程一直處在未啟動狀態(tài)直到程序調用Thread類的Start()方法，它將線程置于運行態(tài)，并且立即返回控制到調用的線程。 這個狀態(tài)也被稱為準備或啟動狀態(tài)。 新啟動的線程和程序中任

12、何其它線程同時執(zhí)行。,22,Start(),Started,Work Completed,Stopped,線程生命周期,23,未運行態(tài),如果它處于下面的狀態(tài)，那么線程處于未運行態(tài) 休眠 等待 阻塞,24,Start(),Started,Suspend(),Suspended,Resume(),線程生命周期,25,Start(),Started,Sleep(),Wait/Join Sleep,Interrupt(),Time Expires,線程生命周期,26,死亡狀態(tài),當線程方法的語句完成的時候，運行線程進入死亡狀態(tài)。這個狀態(tài)也被稱為終結態(tài)。 程序可以通過在適當的線程對象上調用Thread類的

13、Abort()方法來強迫線程進入死亡態(tài)。,27,Start(),Started,Abort(),Stop Request,Thread Responds to Stop Request,Stopped,線程生命周期,28,介紹多線程,多線程有助于同時完成各種操作，節(jié)省用戶的時間。 多線程允許你在一個程序中完成多個任務。 多任務是同時執(zhí)行多個任務的能力。 多任務可以被分成如下類型： 基于進程的多任務 基于線程的多任務,該女士在同時吃蘋果、看書 并在電腦上工作。,29,多線程的優(yōu)點和限制,多線程的優(yōu)點有： 改進性能 最小化系統(tǒng)資源 同時訪問多個程序 程序結構簡化 多線程的限制有： 競態(tài)情況同時讀寫

14、同一個變量 死鎖情況互相等待對方釋放所需資源 饑餓鎖低優(yōu)先級的線程無限等待,30,創(chuàng)建多線程示例,using System; using System.Threading; class ThreadSchedule public static void ChildThread1() Console.WriteLine(Child thread 1 started); Console.WriteLine(Child thread - counting from 1 to 10); for (int T = 1; T 11; T+) for (int Cnt = 0; Cnt 100; Cnt+)

15、 Console.Write(.); Console.Write(0, T); Console.WriteLine(Child thread 1 finished); public static void ChildThread2() Console.WriteLine(Child thread 2 started); Console.WriteLine(Child thread - counting slowly from 11 to 20); for (int T = 11; T 21; T+) for (int Cnt = 0; Cnt 100; Cnt+) Console.Write(

16、.); Console.Write(0, T); Console.WriteLine(Child thread 2 finished); ,public static void Main() ThreadStart Child1 = new ThreadStart(ChildThread1); ThreadStart Child2 = new ThreadStart(ChildThread2); Console.WriteLine(Main - Creating Child Threads); Thread Thread1 = new Thread(Child1); Thread Thread

17、2 = new Thread(Child2); Thread1.Start(); Thread2.Start(); ,31,確定線程的優(yōu)先級,控制線程行為的一個屬性是它的優(yōu)先級。 .NET運行環(huán)境基于它們的優(yōu)先級執(zhí)行線程。 線程是固定優(yōu)先級的調度的。帶有優(yōu)先級的每個線程在處理器的線程隊列中有自己的位置。,32,定義線程優(yōu)先級,線程優(yōu)先級是指定一個線程相對于另一個線程的優(yōu)先級的屬性。 線程的優(yōu)先級可以被定義為： 最高(Highest) 正常以上(AboveNormal) 正常(Normal) 正常以下(BelowNormal) 最低(Lowest) 高優(yōu)先級的線程在低優(yōu)先級的線程之前運行。 如果

18、C#遇到了另一個優(yōu)先級更高的線程，當前線程被推后；高優(yōu)先級的程序被執(zhí)行。,33,設置線程的優(yōu)先級,可以在創(chuàng)建了線程之后使用Thread類的Priority屬性設置線程的優(yōu)先級。 下面的語法顯示如何設置線程的優(yōu)先級： ThreadStart workerStart = new ThreadStart(StartMethod); Thread workerThread = new Thread(workerStart); workerThread.Name = Worker; workerThread.Priority = ThreadPriority.AboveNormal; workerThr

19、ead.Start();,34,設置線程的優(yōu)先級,如果有多個有相同優(yōu)先級的線程，調度器在同一優(yōu)先級循環(huán)執(zhí)行線程，假設每個線程執(zhí)行的時間片是固定的。 只要高優(yōu)先級的線程可以運行，低優(yōu)先級的線程就不能被執(zhí)行。 當在給定的優(yōu)先級沒有可運行的線程的時候，調度器移動到下一個低優(yōu)先級，調度那個優(yōu)先級的線程執(zhí)行。,35,線程的調度,CLR把所有處于執(zhí)行狀態(tài)(runnable)的線程，按照優(yōu)先級的不同分別放置在不同的池中。當一個阻塞的線程變?yōu)閞unnable狀態(tài)時，它被放置到相應的池中。具有最高優(yōu)先級的非空線程池中的線程被賦予CPU時間。,36,在線程中使用同步,使用線程的一個重要方面是同步訪問多個線程訪問的

20、任何變量。 所謂同步，是指在某一時刻只有一個線程可以訪問變量。 如果不能確保對變量的訪問是同步的，就會產生錯誤。,37,同步線程,線程的同步確保如果兩個或更多線程需要訪問一個共享的資源，那么那個資源一次僅有一個線程可以使用。 可以使用synchronized關鍵字來同步代碼。 同步是基于監(jiān)視的概念的。監(jiān)視器是用做鎖定數據成員和類的方法的對象。,38,同步線程,39,使用監(jiān)視器鎖鎖定代碼,System.Monitor類使你能夠通過使用鎖和信號來序列化代碼鎖的訪問。 用Monitor.Enter方法鎖住資源 用Monitor.Exit方法釋放鎖,40,使用監(jiān)視器鎖的示例,書上例子,41,使用帶有C# Lock語句的監(jiān)視器鎖,另一個鎖定代碼的方法是使用C# lock語句。 盡管C# lock語句不支持Monitor類中的全部集合特性，但它使你能夠獲得和釋放一個監(jiān)視器的鎖。 其用法如下所示： lock (x) DoSomething(); ,42,Lock語句示例,書店可能某種書籍只有一本，而兩個售貨員同時銷售這本書，我們可以把兩個售貨員看作兩個線程，那該如何處理呢？,using System; using System.Threading; public class BookShop public