C#之多线程

什么是多线程？

线程是一个独立执行的进程，可以同时与其他线程一起运行。一个C#客户端程序(Console,WPF,Winows Forms)开始于一个单独的线程，该线程由CLR和操作系统自动地创建，我们称它为主线程。

多线程支持并行执行的代码，C#可以通过创建附加的线程来实现多线程。

第一个多线程控制台程序

public static void Main(string[] args)
{
    Thread thread = new Thread(PrintY);	//创建一个子线程
    thread.Start();						//开始子线程
    for(int i = 0; i < 500; i++)
        Console.Write("x");    			//主线程循环打印x
}
public static void PrintY()
{
    for(int i = 0; i < 500; i++)
        Console.Write("y");				//子线程循环打印y
}

执行结果
在这里插入图片描述
如果不适用多线程，执行顺序是先打印完y在打印x，现在我们发现x和y是穿插出现的，那么我们就实现了一个并行执行的效果。

多线程示意图
在这里插入图片描述

为什么要使用多线程？

与进程相比，多线程是一种花销非常小，切换快，更"节俭"的多任务操作方式。一般启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而在进程中的同时运行多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。

使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用，这不仅快捷，而且方便。当然，数据的共享也带来其他一些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。

除了以上所说的优点外，不和进程比较，多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式，当然有以下的优点：

提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义，当一个操作耗时很长时，整个系统都会等待这个操作，此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作，而使用多线程技术，将耗时长的操作（time consuming）置于一个新的线程，可以避免这种尴尬的情况。
使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时，不同的线程运行于不同的CPU上。
改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为几个独立或半独立的运行部分，这样的程序会利于理解和修改。

简单说下多线程开发的益处：

多线程开发可以将耗时操作放入子线程，将UI刷新加入主线程，防止页面卡顿。
在并发操作时使用多线程，如C/S架构的服务器端并发线程响应用户的请求。
在多核CPU系统中，使用线程可以提高程序响应速度，提高CPU和内存的利用率。
改善程序结构。将一个复杂的的进程分为多个线程，减少类之间的耦合。
将程序分块管理，方便程序的开发和维护。
可以随时停止任务。可以分别设置各个任务的优先级以优化性能。

数据共享

如果多个线程对同一个对象实例有相同的引用，这些线程就共享这个对象实例的数据。例如：
此程序2个线程就共享了一个flag

static bool flag = true;
public static void Main(string[] args)
{
    new Thread(Print).Start();
    Print();
}
public static void Print()
{
    if (flag)
    {
        Console.WriteLine("Hello World");
        flag = false;
    }
}

执行结果：
在这里插入图片描述
上述只打印了一个Hello World，是因为他们共享了一个flag。但是也有极低的概率打印出两个Hello World，因为多线程是不安全的。
什么情况下会出现两个Hello World呢？那就是线程A进入if的时候，flag还没被修改为false，但是这个时候线程B也进入了if，所以即使flag被修改之后，对于阻止线程B进入if判断的条件也不起效了。

线程安全

那怎么避免上述的问题呢？采用线程锁。C#提供了关键字lock.
当两个线程同时抢占一个锁时（在这个例子中，locker）,一个线程等待，或者阻塞，知道这个锁释放。在这个例子中，这个锁保证一次只有一个线程可以进入代码的临界区域，然后“Hello World”只会被打印一次。代码在这种不确定的多线程背景下中被保护被叫做线程安全。

static bool flag = false;
static readonly object locker = new object();
public static void Main(string[] args)
{
    new Thread(Print).Start();
    Print();
}
public static void Print()
{
    lock (locker)
    {
        if (!flag)
        {
            flag = true;
            Console.WriteLine("Hello World");
        }
    }
}

Join和Sleep

调用线程的Join方法，可以等待另外一个线程结束。

public static void Main(string[] args)
{
    Thread thread = new Thread(Print);
    thread.Start();
    thread.Join();
    Console.WriteLine("This tread is ended");
}
static void Print()
{
    for(int i = 0; i < 500; i++)
        Console.Write("y");
}

执行结果
在这里插入图片描述
如图所示，执行完子线程之后再执行主线程的方法。

调用线程的Sleep方法
Thread.Sleep暂停当前线程一段指定的时间：
Thread.Sleep(500); // 暂停500微秒

ps：当使用Sleep或Join暂停线程时，这个线程是阻塞的，不消耗CPU资源。

参考资料：
http://www.cnblogs.com/jackson0714/p/5100372.html#_label1
https://www.cnblogs.com/xiejw/p/5259437.html