1、C 的多線程機(jī)制探索 轉(zhuǎn)注：本文中出現(xiàn)的代碼均在.net Framework RC3環(huán)境中運(yùn)行通過(guò)一.多線程的概念Windows是一個(gè)多任務(wù)的系統(tǒng)，如果你使用的是windows 2000及其以上版本，你可以通過(guò)任務(wù)管理器查看當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行的程序和進(jìn)程。什么是進(jìn)程呢?當(dāng)一個(gè)程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，它就是一個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程所指包括運(yùn)行中的程序和程序所使用到的內(nèi)存和系統(tǒng)資源。而一個(gè)進(jìn)程又是由多個(gè)線程所組成的，線程是程序中的一個(gè)執(zhí)行流，每個(gè)線程都有自己的專有寄存器(棧指針、程序計(jì)數(shù)器等)，但代碼區(qū)是共享的，即不同的線程可以執(zhí)行同樣的函數(shù)。多線程是指程序中包含多個(gè)執(zhí)行流，即在一個(gè)程序中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的線程來(lái)執(zhí)行

2、不同的任務(wù)，也就是說(shuō)允許單個(gè)程序創(chuàng)建多個(gè)并行執(zhí)行的線程來(lái)完成各自的任務(wù)。瀏覽器就是一個(gè)很好的多線程的例子,在瀏覽器中你可以在下載JAVA小應(yīng)用程序或圖象的同時(shí)滾動(dòng)頁(yè)面,在訪問(wèn)新頁(yè)面時(shí),播放動(dòng)畫和聲音,打印文件等。多線程的好處在于可以提高CPU的利用率-任何一個(gè)程序員都不希望自己的程序很多時(shí)候沒(méi)事可干，在多線程程序中，一個(gè)線程必須等待的時(shí)候，CPU可以運(yùn)行其它的線程而不是等待，這樣就大大提高了程序的效率。然而我們也必須認(rèn)識(shí)到線程本身可能影響系統(tǒng)性能的不利方面，以正確使用線程：線程也是程序，所以線程需要占用內(nèi)存，線程越多占用內(nèi)存也越多多線程需要協(xié)調(diào)和管理，所以需要CPU時(shí)間跟蹤線程線程之間對(duì)共享資

3、源的訪問(wèn)會(huì)相互影響，必須解決競(jìng)用共享資源的問(wèn)題線程太多會(huì)導(dǎo)致控制太復(fù)雜，最終可能造成很多Bug基于以上認(rèn)識(shí)，我們可以一個(gè)比喻來(lái)加深理解。假設(shè)有一個(gè)公司，公司里有很多各司其職的職員，那么我們可以認(rèn)為這個(gè)正常運(yùn)作的公司就是一個(gè)進(jìn)程，而公司里的職員就是線程。一個(gè)公司至少得有一個(gè)職員吧，同理，一個(gè)進(jìn)程至少包含一個(gè)線程。在公司里，你可以一個(gè)職員干所有的事，但是效率很顯然是高不起來(lái)的，一個(gè)人的公司也不可能做大；一個(gè)程序中也可以只用一個(gè)線程去做事，事實(shí)上，一些過(guò)時(shí)的語(yǔ)言如fortune,basic都是如此，但是象一個(gè)人的公司一樣，效率很低，如果做大程序，效率更低-事實(shí)上現(xiàn)在幾乎沒(méi)有單線程的商業(yè)軟件。公司的職

4、員越多，老板就得發(fā)越多的薪水給他們，還得耗費(fèi)大量精力去管理他們，協(xié)調(diào)他們之間的矛盾和利益；程序也是如此，線程越多耗費(fèi)的資源也越多，需要CPU時(shí)間去跟蹤線程，還得解決諸如死鎖，同步等問(wèn)題?？傊绻悴幌肽愕墓颈环Q為皮包公司，你就得多幾個(gè)員工；如果你不想讓你的程序顯得稚氣，就在你的程序里引入多線程吧！本文將對(duì)C#編程中的多線程機(jī)制進(jìn)行探討，通過(guò)一些實(shí)例解決對(duì)線程的控制，多線程間通訊等問(wèn)題。為了省去創(chuàng)建GUI那些繁瑣的步驟，更清晰地逼近線程的本質(zhì)，下面所有的程序都是控制臺(tái)程序，程序最后的Console.ReadLine()是為了使程序中途停下來(lái)，以便看清楚執(zhí)行過(guò)程中的輸出。好了，廢話少說(shuō)，讓我們

5、來(lái)體驗(yàn)一下多線程的C#吧！二.操縱一個(gè)線程任何程序在執(zhí)行時(shí)，至少有一個(gè)主線程，下面這段小程序可以給讀者一個(gè)直觀的印象：/SystemThread.cs using System；using System.Threading；namespace ThreadTestclass RunItSTAThreadstatic void Main(string args)Thread.CurrentThread.Name=System Thread；/給當(dāng)前線程起名為System ThreadConsole.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+Status：+Threa

6、d.CurrentThread.ThreadState)；Console.ReadLine()；編譯執(zhí)行后你看到了什么?是的，程序?qū)a(chǎn)生如下輸出：System Threads Status：Running在這里，我們通過(guò)Thread類的靜態(tài)屬性CurrentThread獲取了當(dāng)前執(zhí)行的線程，對(duì)其Name屬性賦值System Thread，最后還輸出了它的當(dāng)前狀態(tài)(ThreadState)。所謂靜態(tài)屬性，就是這個(gè)類所有對(duì)象所公有的屬性，不管你創(chuàng)建了多少個(gè)這個(gè)類的實(shí)例，但是類的靜態(tài)屬性在內(nèi)存中只有一個(gè)。很容易理解CurrentThread為什么是靜態(tài)的-雖然有多個(gè)線程同時(shí)存在，但是在某一個(gè)時(shí)刻，C

7、PU只能執(zhí)行其中一個(gè)。就像上面程序所演示的，我們通過(guò)Thread類來(lái)創(chuàng)建和控制線程。注意到程序的頭部，我們使用了如下命名空間：using System；using System.Threading；在.net framework class library中，所有與多線程機(jī)制應(yīng)用相關(guān)的類都是放在System.Threading命名空間中的。其中提供Thread類用于創(chuàng)建線程，ThreadPool類用于管理線程池等等，此外還提供解決了線程執(zhí)行安排，死鎖，線程間通訊等實(shí)際問(wèn)題的機(jī)制。如果你想在你的應(yīng)用程序中使用多線程，就必須包含這個(gè)類。Thread類有幾個(gè)至關(guān)重要的方法，描述如下：Start()：

8、啟動(dòng)線程Sleep(int)：靜態(tài)方法，暫停當(dāng)前線程指定的毫秒數(shù)Abort()：通常使用該方法來(lái)終止一個(gè)線程Suspend()：該方法并不終止未完成的線程，它僅僅掛起線程，以后還可恢復(fù)。Resume()：恢復(fù)被Suspend()方法掛起的線程的執(zhí)行1下面我們就動(dòng)手來(lái)創(chuàng)建一個(gè)線程，使用Thread類創(chuàng)建線程時(shí)，只需提供線程入口即可。線程入口使程序知道該讓這個(gè)線程干什么事，在C#中，線程入口是通過(guò)ThreadStart代理(delegate)來(lái)提供的，你可以把ThreadStart理解為一個(gè)函數(shù)指針，指向線程要執(zhí)行的函數(shù)，當(dāng)調(diào)用Thread.Start()方法后，線程就開(kāi)始執(zhí)行ThreadStar

9、t所代表或者說(shuō)指向的函數(shù)。打開(kāi)你的VS.net，新建一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序(Console Application)，下面這些代碼將讓你體味到完全控制一個(gè)線程的無(wú)窮樂(lè)趣！/ThreadTest.cs using System；using System.Threading；namespace ThreadTestpublic class Alphapublic void Beta()while(true)Console.WriteLine(Alpha.Beta is running in its own thread.)；public class Simplepublic static int Ma

10、in()Console.WriteLine(Thread Start/Stop/Join Sample)；Alpha oAlpha=new Alpha()；這里創(chuàng)建一個(gè)線程，使之執(zhí)行Alpha類的Beta()方法Thread oThread=new Thread(new ThreadStart(oAlpha.Beta)；oThread.Start()；while(！oThread.IsAlive)；Thread.Sleep(1)；oThread.Abort()；oThread.Join()；Console.WriteLine()；Console.WriteLine(Alpha.Beta has

11、 finished)；tryConsole.WriteLine(Try to restart the Alpha.Beta thread)；oThread.Start()；catch(ThreadStateException)Console.Write(ThreadStateException trying to restart Alpha.Beta.)；Console.WriteLine(Expected since aborted threads cannot be restarted.)；Console.ReadLine()；return 0；這段程序包含兩個(gè)類Alpha和Simple，

12、在創(chuàng)建線程oThread時(shí)我們用指向Alpha.Beta()方法的初始化了ThreadStart代理(delegate)對(duì)象，當(dāng)我們創(chuàng)建的線程oThread調(diào)用oThread.Start()方法啟動(dòng)時(shí)，實(shí)際上程序運(yùn)行的是Alpha.Beta()方法：Alpha oAlpha=new Alpha()；Thread oThread=new Thread(new ThreadStart(oAlpha.Beta)；oThread.Start()；然后在Main()函數(shù)的while循環(huán)中，我們使用靜態(tài)方法Thread.Sleep()讓主線程停了1ms，這段時(shí)間CPU轉(zhuǎn)向執(zhí)行線程oThread。然后我們?cè)?/p>

13、圖用Thread.Abort()方法終止線程oThread，注意后面的oThread.Join()，Thread.Join()方法使主線程等待，直到oThread線程結(jié)束。你可以給Thread.Join()方法指定一個(gè)int型的參數(shù)作為等待的最長(zhǎng)時(shí)間。之后，我們?cè)噲D用Thread.Start()方法重新啟動(dòng)線程oThread，但是顯然Abort()方法帶來(lái)的后果是不可恢復(fù)的終止線程，所以最后程序會(huì)拋出ThreadStateException異常。程序最后得到的結(jié)果將如下圖：在這里我們要注意的是其它線程都是依附于Main()函數(shù)所在的線程的，Main()函數(shù)是C#程序的入口，起始線程可以稱之為主

14、線程，如果所有的前臺(tái)線程都停止了，那么主線程可以終止，而所有的后臺(tái)線程都將無(wú)條件終止。而所有的線程雖然在微觀上是串行執(zhí)行的，但是在宏觀上你完全可以認(rèn)為它們?cè)诓⑿袌?zhí)行。讀者一定注意到了Thread.ThreadState這個(gè)屬性，這個(gè)屬性代表了線程運(yùn)行時(shí)狀態(tài)，在不同的情況下有不同的值，于是我們有時(shí)候可以通過(guò)對(duì)該值的判斷來(lái)設(shè)計(jì)程序流程。ThreadState在各種情況下的可能取值如下：Aborted：線程已停止AbortRequested：線程的Thread.Abort()方法已被調(diào)用，但是線程還未停止Background：線程在后臺(tái)執(zhí)行，與屬性Thread.IsBackground有關(guān)Runni

15、ng：線程正在正常運(yùn)行Stopped：線程已經(jīng)被停止StopRequested：線程正在被要求停止Suspended：線程已經(jīng)被掛起(此狀態(tài)下，可以通過(guò)調(diào)用Resume()方法重新運(yùn)行)SuspendRequested：線程正在要求被掛起，但是未來(lái)得及響應(yīng)Unstarted：未調(diào)用Thread.Start()開(kāi)始線程的運(yùn)行WaitSleepJoin：線程因?yàn)檎{(diào)用了Wait(),Sleep()或Join()等方法處于封鎖狀態(tài)上面提到了Background狀態(tài)表示該線程在后臺(tái)運(yùn)行，那么后臺(tái)運(yùn)行的線程有什么特別的地方呢?其實(shí)后臺(tái)線程跟前臺(tái)線程只有一個(gè)區(qū)別，那就是后臺(tái)線程不妨礙程序的終止。一旦一個(gè)進(jìn)程

16、所有的前臺(tái)線程都終止后，CLR(通用語(yǔ)言運(yùn)行環(huán)境)將通過(guò)調(diào)用任意一個(gè)存活中的后臺(tái)進(jìn)程的Abort()方法來(lái)徹底終止進(jìn)程。當(dāng)線程之間爭(zhēng)奪CPU時(shí)間時(shí)，CPU按照是線程的優(yōu)先級(jí)給予服務(wù)的。在C#應(yīng)用程序中，用戶可以設(shè)定5個(gè)不同的優(yōu)先級(jí)，由高到低分別是Highest，AboveNormal，Normal，BelowNormal，Lowest，在創(chuàng)建線程時(shí)如果不指定優(yōu)先級(jí)，那么系統(tǒng)默認(rèn)為ThreadPriority.Normal。給一個(gè)線程指定優(yōu)先級(jí)，我們可以使用如下代碼：/設(shè)定優(yōu)先級(jí)為最低myThread.Priority=ThreadPriority.Lowest；通過(guò)設(shè)定線程的優(yōu)先級(jí)，我們可以安

17、排一些相對(duì)重要的線程優(yōu)先執(zhí)行，例如對(duì)用戶的響應(yīng)等等?，F(xiàn)在我們對(duì)怎樣創(chuàng)建和控制一個(gè)線程已經(jīng)有了一個(gè)初步的了解，下面我們將深入研究線程實(shí)現(xiàn)中比較典型的的問(wèn)題，并且探討其解決方法。三.線程的同步和通訊-生產(chǎn)者和消費(fèi)者假設(shè)這樣一種情況，兩個(gè)線程同時(shí)維護(hù)一個(gè)隊(duì)列，如果一個(gè)線程對(duì)隊(duì)列中添加元素，而另外一個(gè)線程從隊(duì)列中取用元素，那么我們稱添加元素的線程為生產(chǎn)者，稱取用元素的線程為消費(fèi)者。生產(chǎn)者與消費(fèi)者問(wèn)題看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是卻是多線程應(yīng)用中一個(gè)必須解決的問(wèn)題，它涉及到線程之間的同步和通訊問(wèn)題。前面說(shuō)過(guò)，每個(gè)線程都有自己的資源，但是代碼區(qū)是共享的，即每個(gè)線程都可以執(zhí)行相同的函數(shù)。但是多線程環(huán)境下，可能帶來(lái)的問(wèn)題

18、就是幾個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行一個(gè)函數(shù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的混亂，產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果，因此我們必須避免這種情況的發(fā)生。C#提供了一個(gè)關(guān)鍵字lock，它可以把一段代碼定義為互斥段(critical section)，互斥段在一個(gè)時(shí)刻內(nèi)只允許一個(gè)線程進(jìn)入執(zhí)行，而其他線程必須等待。在C#中，關(guān)鍵字lock定義如下：lock(expression)statement_block expression代表你希望跟蹤的對(duì)象，通常是對(duì)象引用。一般地，如果你想保護(hù)一個(gè)類的實(shí)例，你可以使用this；如果你希望保護(hù)一個(gè)靜態(tài)變量(如互斥代碼段在一個(gè)靜態(tài)方法內(nèi)部)，一般使用類名就可以了。而statement_block就是互斥段的代碼，

19、這段代碼在一個(gè)時(shí)刻內(nèi)只可能被一個(gè)線程執(zhí)行。下面是一個(gè)使用lock關(guān)鍵字的典型例子，我將在注釋里向大家說(shuō)明lock關(guān)鍵字的用法和用途：/lock.cs using System；using System.Threading；internal class Accountint balance；Random r=new Random()；internal Account(int initial)balance=initial；internal int Withdraw(int amount)if(balance 0)如果balance小于0則拋出異常throw new Exception(Negat

20、ive Balance)；/下面的代碼保證在當(dāng)前線程修改balance的值完成之前/不會(huì)有其他線程也執(zhí)行這段代碼來(lái)修改balance的值/因此，balance的值是不可能小于0的lock(this)Console.WriteLine(Current Thread：+Thread.CurrentThread.Name)；如果沒(méi)有l(wèi)ock關(guān)鍵字的保護(hù)，那么可能在執(zhí)行完if的條件判斷之后另外一個(gè)線程卻執(zhí)行了balance=balance-amount修改了balance的值而這個(gè)修改對(duì)這個(gè)線程是不可見(jiàn)的，所以可能導(dǎo)致這時(shí)if的條件已經(jīng)不成立了但是，這個(gè)線程卻繼續(xù)執(zhí)行balance=balance-a

21、mount，所以導(dǎo)致balance可能小于0 if(balance=amount)Thread.Sleep(5)；balance=balance-amount；return amount；elsereturn 0；/transaction rejectedinternal void DoTransactions()for(int i=0；i 100；i+)Withdraw(r.Next(-50,100)；internal class Teststatic internal Thread threads=new Thread10；public static void Main()Account

22、acc=new Account(0)；for(int i=0；i 10；i+)Thread t=new Thread(new ThreadStart(acc.DoTransactions)；threadsi=t；for(int i=0；i 10；i+)threadsi.Name=i.ToString()；for(int i=0；i 10；i+)threadsi.Start()；Console.ReadLine()；而多線程公用一個(gè)對(duì)象時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)和公用代碼類似的問(wèn)題，這種問(wèn)題就不應(yīng)該使用lock關(guān)鍵字了，這里需要用到System.Threading中的一個(gè)類Monitor，我們可以稱之為監(jiān)視器

23、，Monitor提供了使線程共享資源的方案。Monitor類可以鎖定一個(gè)對(duì)象，一個(gè)線程只有得到這把鎖才可以對(duì)該對(duì)象進(jìn)行操作。對(duì)象鎖機(jī)制保證了在可能引起混亂的情況下一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)線程可以訪問(wèn)這個(gè)對(duì)象。Monitor必須和一個(gè)具體的對(duì)象相關(guān)聯(lián)，但是由于它是一個(gè)靜態(tài)的類，所以不能使用它來(lái)定義對(duì)象，而且它的所有方法都是靜態(tài)的，不能使用對(duì)象來(lái)引用。下面代碼說(shuō)明了使用Monitor鎖定一個(gè)對(duì)象的情形：.Queue oQueue=new Queue()；.Monitor.Enter(oQueue)；./現(xiàn)在oQueue對(duì)象只能被當(dāng)前線程操縱了Monitor.Exit(oQueue)；/釋放鎖如上所示，當(dāng)一

24、個(gè)線程調(diào)用Monitor.Enter()方法鎖定一個(gè)對(duì)象時(shí)，這個(gè)對(duì)象就歸它所有了，其它線程想要訪問(wèn)這個(gè)對(duì)象，只有等待它使用Monitor.Exit()方法釋放鎖。為了保證線程最終都能釋放鎖，你可以把Monitor.Exit()方法寫在try-catch-finally結(jié)構(gòu)中的finally代碼塊里。對(duì)于任何一個(gè)被Monitor鎖定的對(duì)象，內(nèi)存中都保存著與它相關(guān)的一些信息，其一是現(xiàn)在持有鎖的線程的引用，其二是一個(gè)預(yù)備隊(duì)列，隊(duì)列中保存了已經(jīng)準(zhǔn)備好獲取鎖的線程，其三是一個(gè)等待隊(duì)列，隊(duì)列中保存著當(dāng)前正在等待這個(gè)對(duì)象狀態(tài)改變的隊(duì)列的引用。當(dāng)擁有對(duì)象鎖的線程準(zhǔn)備釋放鎖時(shí)，它使用Monitor.Pulse(

25、)方法通知等待隊(duì)列中的第一個(gè)線程，于是該線程被轉(zhuǎn)移到預(yù)備隊(duì)列中，當(dāng)對(duì)象鎖被釋放時(shí)，在預(yù)備隊(duì)列中的線程可以立即獲得對(duì)象鎖。下面是一個(gè)展示如何使用lock關(guān)鍵字和Monitor類來(lái)實(shí)現(xiàn)線程的同步和通訊的例子，也是一個(gè)典型的生產(chǎn)者與消費(fèi)者問(wèn)題。這個(gè)例程中，生產(chǎn)者線程和消費(fèi)者線程是交替進(jìn)行的，生產(chǎn)者寫入一個(gè)數(shù)，消費(fèi)者立即讀取并且顯示，我將在注釋中介紹該程序的精要所在。用到的系統(tǒng)命名空間如下：using System；using System.Threading；首先，我們定義一個(gè)被操作的對(duì)象的類Cell，在這個(gè)類里，有兩個(gè)方法：ReadFromCell()和WriteToCell。消費(fèi)者線程將調(diào)用Re

26、adFromCell()讀取cellContents的內(nèi)容并且顯示出來(lái)，生產(chǎn)者進(jìn)程將調(diào)用WriteToCell()方法向cellContents寫入數(shù)據(jù)。public class Cellint cellContents；/Cell對(duì)象里邊的內(nèi)容bool readerFlag=false；/狀態(tài)標(biāo)志，為true時(shí)可以讀取，為false則正在寫入public int ReadFromCell()lock(this)/Lock關(guān)鍵字保證了什么，請(qǐng)大家看前面對(duì)lock的介紹if(！readerFlag)/如果現(xiàn)在不可讀取try等待WriteToCell方法中調(diào)用Monitor.Pulse()方法Mo

27、nitor.Wait(this)；catch(SynchronizationLockException e)Console.WriteLine(e)；catch(ThreadInterruptedException e)Console.WriteLine(e)；Console.WriteLine(Consume：0,cellContents)；readerFlag=false；重置readerFlag標(biāo)志，表示消費(fèi)行為已經(jīng)完成Monitor.Pulse(this)；通知WriteToCell()方法(該方法在另外一個(gè)線程中執(zhí)行，等待中)return cellContents；public vo

28、id WriteToCell(int n)lock(this)if(readerFlag)tryMonitor.Wait(this)；catch(SynchronizationLockException e)當(dāng)同步方法(指Monitor類除Enter之外的方法)在非同步的代碼區(qū)被調(diào)用Console.WriteLine(e)；catch(ThreadInterruptedException e)當(dāng)線程在等待狀態(tài)的時(shí)候中止Console.WriteLine(e)；cellContents=n；Console.WriteLine(Produce：0,cellContents)；readerFlag=

29、true；Monitor.Pulse(this)；通知另外一個(gè)線程中正在等待的ReadFromCell()方法下面定義生產(chǎn)者CellProd和消費(fèi)者類CellCons，它們都只有一個(gè)方法ThreadRun()，以便在Main()函數(shù)中提供給線程的ThreadStart代理對(duì)象，作為線程的入口。public class CellProdCell cell；/被操作的Cell對(duì)象int quantity=1；/生產(chǎn)者生產(chǎn)次數(shù)，初始化為1 public CellProd(Cell box,int request)/構(gòu)造函數(shù)cell=box；quantity=request；public void T

30、hreadRun()for(int looper=1；looper=quantity；looper+)cell.WriteToCell(looper)；生產(chǎn)者向操作對(duì)象寫入信息public class CellConsCell cell；int quantity=1；public CellCons(Cell box,int request)cell=box；quantity=request；public void ThreadRun()int valReturned；for(int looper=1；looper=quantity；looper+)valReturned=cell.ReadFr

31、omCell()；/消費(fèi)者從操作對(duì)象中讀取信息然后在下面這個(gè)類MonitorSample的Main()函數(shù)中我們要做的就是創(chuàng)建兩個(gè)線程分別作為生產(chǎn)者和消費(fèi)者，使用CellProd.ThreadRun()方法和CellCons.ThreadRun()方法對(duì)同一個(gè)Cell對(duì)象進(jìn)行操作。public class MonitorSamplepublic static void Main(String args)int result=0；一個(gè)標(biāo)志位，如果是0表示程序沒(méi)有出錯(cuò)，如果是1表明有錯(cuò)誤發(fā)生Cell cell=new Cell()；/下面使用cell初始化CellProd和CellCons兩個(gè)類，

32、生產(chǎn)和消費(fèi)次數(shù)均為20次CellProd prod=new CellProd(cell,20)；CellCons cons=new CellCons(cell,20)；Thread producer=new Thread(new ThreadStart(prod.ThreadRun)；Thread consumer=new Thread(new ThreadStart(cons.ThreadRun)；/生產(chǎn)者線程和消費(fèi)者線程都已經(jīng)被創(chuàng)建，但是沒(méi)有開(kāi)始執(zhí)行tryproducer.Start()；consumer.Start()；producer.Join()；consumer.Join()；Co

33、nsole.ReadLine()；catch(ThreadStateException e)當(dāng)線程因?yàn)樗帬顟B(tài)的原因而不能執(zhí)行被請(qǐng)求的操作Console.WriteLine(e)；result=1；catch(ThreadInterruptedException e)當(dāng)線程在等待狀態(tài)的時(shí)候中止Console.WriteLine(e)；result=1；/盡管Main()函數(shù)沒(méi)有返回值，但下面這條語(yǔ)句可以向父進(jìn)程返回執(zhí)行結(jié)果Environment.ExitCode=result；大家可以看到，在上面的例程中，同步是通過(guò)等待Monitor.Pulse()來(lái)完成的。首先生產(chǎn)者生產(chǎn)了一個(gè)值，而同一時(shí)刻

34、消費(fèi)者處于等待狀態(tài)，直到收到生產(chǎn)者的脈沖(Pulse)通知它生產(chǎn)已經(jīng)完成，此后消費(fèi)者進(jìn)入消費(fèi)狀態(tài)，而生產(chǎn)者開(kāi)始等待消費(fèi)者完成操作后將調(diào)用Monitor.Pulese()發(fā)出的脈沖。它的執(zhí)行結(jié)果很簡(jiǎn)單：Produce：1 Consume：1 Produce：2 Consume：2 Produce：3 Consume：3.Produce：20 Consume：20事實(shí)上，這個(gè)簡(jiǎn)單的例子已經(jīng)幫助我們解決了多線程應(yīng)用程序中可能出現(xiàn)的大問(wèn)題，只要領(lǐng)悟了解決線程間沖突的基本方法，很容易把它應(yīng)用到比較復(fù)雜的程序中去。四、線程池和定時(shí)器-多線程的自動(dòng)管理在多線程的程序中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)兩種情況。一種情況下，應(yīng)用程

35、序中的線程把大部分的時(shí)間花費(fèi)在等待狀態(tài)，等待某個(gè)事件發(fā)生，然后才能給予響應(yīng)；而另外一種情況則是線程平常都處于休眠狀態(tài)，只是周期性地被喚醒。在.net framework里邊，我們使用ThreadPool來(lái)對(duì)付第一種情況，使用Timer來(lái)對(duì)付第二種情況。ThreadPool類提供一個(gè)由系統(tǒng)維護(hù)的線程池-可以看作一個(gè)線程的容器，該容器需要Windows 2000以上版本的系統(tǒng)支持，因?yàn)槠渲心承┓椒ㄕ{(diào)用了只有高版本的Windows才有的API函數(shù)。你可以使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法將線程安放在線程池里，該方法的原型如下：/將一個(gè)線程放進(jìn)線程池，該線程的Star

36、t()方法將調(diào)用WaitCallback代理對(duì)象代表的函數(shù)public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback)；/重載的方法如下，參數(shù)object將傳遞給WaitCallback所代表的方法public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback,object)；要注意的是，ThreadPool類也是一個(gè)靜態(tài)類，你不能也不必要生成它的對(duì)象，而且一旦使用該方法在線程池中添加了一個(gè)項(xiàng)目，那么該項(xiàng)目將是沒(méi)有辦法取消的。在這里你無(wú)需自己建立線程，只需把你要做的工作寫成函數(shù)，然后作為參數(shù)傳遞給ThreadPool.

37、QueueUserWorkItem()方法就行了，傳遞的方法就是依靠WaitCallback代理對(duì)象，而線程的建立、管理、運(yùn)行等等工作都是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，你無(wú)須考慮那些復(fù)雜的細(xì)節(jié)問(wèn)題，線程池的優(yōu)點(diǎn)也就在這里體現(xiàn)出來(lái)了，就好像你是公司老板-只需要安排工作，而不必親自動(dòng)手。下面的例程演示了ThreadPool的用法。首先程序創(chuàng)建了一個(gè)ManualResetEvent對(duì)象，該對(duì)象就像一個(gè)信號(hào)燈，可以利用它的信號(hào)來(lái)通知其它線程，本例中當(dāng)線程池中所有線程工作都完成以后，ManualResetEvent的對(duì)象將被設(shè)置為有信號(hào)，從而通知主線程繼續(xù)運(yùn)行。它有幾個(gè)重要的方法：Reset()，Set()，Wai

38、tOne()。初始化該對(duì)象時(shí)，用戶可以指定其默認(rèn)的狀態(tài)(有信號(hào)/無(wú)信號(hào))，在初始化以后，該對(duì)象將保持原來(lái)的狀態(tài)不變直到它的Reset()或者Set()方法被調(diào)用，Reset()方法將其設(shè)置為無(wú)信號(hào)狀態(tài)，Set()方法將其設(shè)置為有信號(hào)狀態(tài)。WaitOne()方法使當(dāng)前線程掛起直到ManualResetEvent對(duì)象處于有信號(hào)狀態(tài)，此時(shí)該線程將被激活。然后，程序?qū)⑾蚓€程池中添加工作項(xiàng)，這些以函數(shù)形式提供的工作項(xiàng)被系統(tǒng)用來(lái)初始化自動(dòng)建立的線程。當(dāng)所有的線程都運(yùn)行完了以后，ManualResetEvent.Set()方法被調(diào)用，因?yàn)檎{(diào)用了ManualResetEvent.WaitOne()方法而處在等

39、待狀態(tài)的主線程將接收到這個(gè)信號(hào)，于是它接著往下執(zhí)行，完成后邊的工作。using System；using System.Collections；using System.Threading；/這是用來(lái)保存信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將作為參數(shù)被傳遞public class SomeStatepublic int Cookie；public SomeState(int iCookie)Cookie=iCookie；public class Alphapublic Hashtable HashCount；public ManualResetEvent eventX；public static int iCou

40、nt=0；public static int iMaxCount=0；public Alpha(int MaxCount)HashCount=new Hashtable(MaxCount)；iMaxCount=MaxCount；線程池里的線程將調(diào)用Beta()方法public void Beta(Object state)/輸出當(dāng)前線程的hash編碼值和Cookie的值Console.WriteLine(01：,Thread.CurrentThread.GetHashCode(),(SomeState)state).Cookie)；Console.WriteLine(HashCount.Cou

41、nt=0,Thread.CurrentThread.GetHashCode()=1,HashCount.Count,Thread.CurrentThread.GetHashCode()；lock(HashCount)如果當(dāng)前的Hash表中沒(méi)有當(dāng)前線程的Hash值，則添加之if(！HashCount.ContainsKey(Thread.CurrentThread.GetHashCode()HashCount.Add(Thread.CurrentThread.GetHashCode(),0)；HashCountThread.CurrentThread.GetHashCode()=(int)Has

42、hCountThread.CurrentThread.GetHashCode()+1；int iX=2000；Thread.Sleep(iX)；/Interlocked.Increment()操作是一個(gè)原子操作，具體請(qǐng)看下面說(shuō)明Interlocked.Increment(ref iCount)；if(iCount=iMaxCount)Console.WriteLine()；Console.WriteLine(Setting eventX)；eventX.Set()；public class SimplePoolpublic static int Main(string args)Console

43、.WriteLine(Thread Pool Sample：)；bool W2K=false；int MaxCount=10；/允許線程池中運(yùn)行最多10個(gè)線程/新建ManualResetEvent對(duì)象并且初始化為無(wú)信號(hào)狀態(tài)ManualResetEvent eventX=new ManualResetEvent(false)；Console.WriteLine(Queuing0items to Thread Pool,MaxCount)；Alpha oAlpha=new Alpha(MaxCount)；創(chuàng)建工作項(xiàng)/注意初始化oAlpha對(duì)象的eventX屬性oAlpha.eventX=event

44、X；Console.WriteLine(Queue to Thread Pool 0)；try將工作項(xiàng)裝入線程池這里要用到Windows 2000以上版本才有的API，所以可能出現(xiàn)NotSupportException異常ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta),new SomeState(0)；W2K=true；catch(NotSupportedException)Console.WriteLine(These APIs may fail when called on anon-Windows 2000 syste

45、m.)；W2K=false；if(W2K)/如果當(dāng)前系統(tǒng)支持ThreadPool的方法.for(int iItem=1；iItem MaxCount；iItem+)/插入隊(duì)列元素Console.WriteLine(Queue to Thread Pool0,iItem)；ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta),new SomeState(iItem)；Console.WriteLine(Waiting for Thread Pool to drain)；等待事件的完成，即線程調(diào)用ManualResetEvent.Se

46、t()方法eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true)；()方法使調(diào)用它的線程等待直到eventX.Set()方法被調(diào)用Console.WriteLine(Thread Pool has been drained(Event fired)；Console.WriteLine()；Console.WriteLine(Load across threads)；foreach(object oin oAlpha.HashCount.Keys)Console.WriteLine(01,o,oAlpha.HashCounto)；Console.ReadLine()；retu

47、rn 0；程序中有些小地方應(yīng)該引起我們的注意。SomeState類是一個(gè)保存信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在上面的程序中，它作為參數(shù)被傳遞給每一個(gè)線程，你很容易就能理解這個(gè)，因?yàn)槟阈枰岩恍┯杏玫男畔⒎庋b起來(lái)提供給線程，而這種方式是非常有效的。程序出現(xiàn)的InterLocked類也是專為多線程程序而存在的，它提供了一些有用的原子操作，所謂原子操作就是在多線程程序中，如果這個(gè)線程調(diào)用這個(gè)操作修改一個(gè)變量，那么其他線程就不能修改這個(gè)變量了，這跟lock關(guān)鍵字在本質(zhì)上是一樣的。我們應(yīng)該徹底地分析上面的程序，把握住線程池的本質(zhì)，理解它存在的意義是什么，這樣我們才能得心應(yīng)手地使用它。下面是該程序的輸出結(jié)果：Thread

48、 Pool Sample：Queuing 10 items to Thread Pool Queue to Thread Pool 0Queue to Thread Pool 1.Queue to Thread Pool 9Waiting for Thread Pool to drain 98 0：HashCount.Count=0,Thread.CurrentThread.GetHashCode()=98 100 1：HashCount.Count=1,Thread.CurrentThread.GetHashCode()=100 98 2：.Setting eventX Thread Poo

49、l has been drained(Event fired)Load across threads 101 2100 398 4102 1與ThreadPool類不同，Timer類的作用是設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)執(zhí)行用戶指定的函數(shù)，而這個(gè)函數(shù)的傳遞是靠另外一個(gè)代理對(duì)象TimerCallback，它必須在創(chuàng)建Timer對(duì)象時(shí)就指定，并且不能更改。定時(shí)器啟動(dòng)后，系統(tǒng)將自動(dòng)建立一個(gè)新的線程，并且在這個(gè)線程里執(zhí)行用戶指定的函數(shù)。下面的語(yǔ)句初始化了一個(gè)Timer對(duì)象：Timer timer=new Timer(timerDelegate,s,1000,1000)；第一個(gè)參數(shù)指定了TimerCallback

50、代理對(duì)象；第二個(gè)參數(shù)的意義跟上面提到的WaitCallback代理對(duì)象的一樣，作為一個(gè)傳遞數(shù)據(jù)的對(duì)象傳遞給要調(diào)用的方法；第三個(gè)參數(shù)是延遲時(shí)間-計(jì)時(shí)開(kāi)始的時(shí)刻距現(xiàn)在的時(shí)間，單位是毫秒；第四個(gè)參數(shù)是定時(shí)器的時(shí)間間隔-計(jì)時(shí)開(kāi)始以后，每隔這么長(zhǎng)的一段時(shí)間，TimerCallback所代表的方法將被調(diào)用一次，單位也是毫秒。這句話的意思就是將定時(shí)器的延遲時(shí)間和時(shí)間間隔都設(shè)為1秒鐘。定時(shí)器的設(shè)置是可以改變的，只要調(diào)用Timer.Change()方法，這是一個(gè)參數(shù)類型重載的方法，一般使用的原型如下：public bool Change(long,long)；下面這段代碼將前邊設(shè)置的定時(shí)器修改了一下：timer

51、.Change(10000,2000)；很顯然，定時(shí)器timer的時(shí)間間隔被重新設(shè)置為2秒，停止計(jì)時(shí)10秒后生效。下面這段程序演示了Timer類的用法。using System；using System.Threading；class TimerExampleStatepublic int counter=0；public Timer tmr；class Apppublic static void Main()TimerExampleState s=new TimerExampleState()；/創(chuàng)建代理對(duì)象TimerCallback，該代理將被定時(shí)調(diào)用TimerCallback timer

52、Delegate=new TimerCallback(CheckStatus)；/創(chuàng)建一個(gè)時(shí)間間隔為1s的定時(shí)器Timer timer=new Timer(timerDelegate,s,1000,1000)；s.tmr=timer；/主線程停下來(lái)等待Timer對(duì)象的終止while(s.tmr！=null)Thread.Sleep(0)；Console.WriteLine(Timer example done.)；Console.ReadLine()；下面是被定時(shí)調(diào)用的方法static void CheckStatus(Object state)TimerExampleState s=(Tim

53、erExampleState)state；s.counter+；Console.WriteLine(0Checking Status1.,DateTime.Now.TimeOfDay,s.counter)；if(s.counter=5)使用Change方法改變了時(shí)間間隔(s.tmr).Change(10000,2000)；Console.WriteLine(changed.)；if(s.counter=10)Console.WriteLine(disposing of timer.)；s.tmr.Dispose()；s.tmr=null；程序首先創(chuàng)建了一個(gè)定時(shí)器，它將在創(chuàng)建1秒之后開(kāi)始每隔1秒

54、調(diào)用一次CheckStatus()方法，當(dāng)調(diào)用5次以后，在CheckStatus()方法中修改了時(shí)間間隔為2秒，并且指定在10秒后重新開(kāi)始。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到10次，調(diào)用Timer.Dispose()方法刪除了timer對(duì)象，主線程于是跳出循環(huán)，終止程序。程序執(zhí)行的結(jié)果如下：上面就是對(duì)ThreadPool和Timer兩個(gè)類的簡(jiǎn)單介紹，充分利用系統(tǒng)提供的功能，可以為我們省去很多時(shí)間和精力-特別是對(duì)很容易出錯(cuò)的多線程程序。同時(shí)我們也可以看到.net Framework強(qiáng)大的內(nèi)置對(duì)象，這些將對(duì)我們的編程帶來(lái)莫大的方便。、互斥對(duì)象-更加靈活的同步方式有時(shí)候你會(huì)覺(jué)得上面介紹的方法好像不夠用，對(duì)，我們解決了代碼和

55、資源的同步問(wèn)題，解決了多線程自動(dòng)化管理和定時(shí)觸發(fā)的問(wèn)題，但是如何控制多個(gè)線程相互之間的聯(lián)系呢?例如我要到餐廳吃飯，在吃飯之前我先得等待廚師把飯菜做好，之后我開(kāi)始吃飯，吃完我還得付款，付款方式可以是現(xiàn)金，也可以是信用卡，付款之后我才能離開(kāi)。分析一下這個(gè)過(guò)程，我吃飯可以看作是主線程，廚師做飯又是一個(gè)線程，服務(wù)員用信用卡收款和收現(xiàn)金可以看作另外兩個(gè)線程，大家可以很清楚地看到其中的關(guān)系-我吃飯必須等待廚師做飯，然后等待兩個(gè)收款線程之中任意一個(gè)的完成，然后我吃飯這個(gè)線程可以執(zhí)行離開(kāi)這個(gè)步驟，于是我吃飯才算結(jié)束了。事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)中有著比這更復(fù)雜的聯(lián)系，我們?cè)鯓硬拍芎芎玫乜刂扑鼈兌划a(chǎn)生沖突和重復(fù)呢?這種情況

56、下，我們需要用到互斥對(duì)象，即System.Threading命名空間中的Mutex類。大家一定坐過(guò)出租車吧，事實(shí)上我們可以把Mutex看作一個(gè)出租車，那么乘客就是線程了，乘客首先得等車，然后上車，最后下車，當(dāng)一個(gè)乘客在車上時(shí)，其他乘客就只有等他下車以后才可以上車。而線程與Mutex對(duì)象的關(guān)系也正是如此，線程使用Mutex.WaitOne()方法等待Mutex對(duì)象被釋放，如果它等待的Mutex對(duì)象被釋放了，它就自動(dòng)擁有這個(gè)對(duì)象，直到它調(diào)用Mutex.ReleaseMutex()方法釋放這個(gè)對(duì)象，而在此期間，其他想要獲取這個(gè)Mutex對(duì)象的線程都只有等待。下面這個(gè)例子使用了Mutex對(duì)象來(lái)同步四個(gè)

57、線程，主線程等待四個(gè)線程的結(jié)束，而這四個(gè)線程的運(yùn)行又是與兩個(gè)Mutex對(duì)象相關(guān)聯(lián)的。其中還用到AutoResetEvent類的對(duì)象，如同上面提到的ManualResetEvent對(duì)象一樣，大家可以把它簡(jiǎn)單地理解為一個(gè)信號(hào)燈，使用AutoResetEvent.Set()方法可以設(shè)置它為有信號(hào)狀態(tài)，而使用AutoResetEvent.Reset()方法把它設(shè)置為無(wú)信號(hào)狀態(tài)。這里用它的有信號(hào)狀態(tài)來(lái)表示一個(gè)線程的結(jié)束。/Mutex.cs using System；using System.Threading；public class MutexSamplestatic Mutex gM1；static

58、 Mutex gM2；const int ITERS=100；static AutoResetEvent Event1=new AutoResetEvent(false)；static AutoResetEvent Event2=new AutoResetEvent(false)；static AutoResetEvent Event3=new AutoResetEvent(false)；static AutoResetEvent Event4=new AutoResetEvent(false)；public static void Main(String args)Console.WriteLine(Mutex Sample.)；/創(chuàng)建一個(gè)Mutex對(duì)象，并且命名為MyMutex gM1=new Mutex(true,MyMutex)；/創(chuàng)建一個(gè)未命名的Mutex對(duì)象.gM2=new Mutex(true)；Console.WriteLine(-Main