CS4L18——多线程

本章代码关键字

System.Threading        // 线程相关命名空间
Thread                    // 线程
thread.Start()            // 开启线程
thread.IsBackground        // 设置线程为后台线程，当主线程执行完毕时，后台线程会被自动关闭
thread.Abort()            // 中止线程，此方法已废弃，不建议使用
Thread.Sleep()            // 让线程休眠一段时间（传入的单位是毫秒）
lock() {}                // 给对象加锁，确保同时只有一个线程能够访问该对象

进程

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动。是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础

说人话：打开一个应用程序就是在操作系统上开启了一个进程
进程之间可以相互独立运行，互不干扰，进程之间也可以相互访问、操作

进程图片说明

线程

操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位
一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，我们目前写的程序都在主线程中

简单理解线程：就是代码从上到下运行的一条“管道”

多线程

我们可以通过代码，开启新的线程，以同时运行代码的多条 “管道”，就叫多线程

多线程图片

多线程是多个可以同时执行代码逻辑的“管道”，可以通过代码开启多线程，用多线程处理一些复杂的可能影响主线程流畅度的逻辑

多线程语法相关

C# 提供了一个线程类 Thread，使用前需要先引用 using System.Threading

声明新线程

声明一个新线程，需要提供该线程执行的函数

static void Main()
{
    Thread t = new Thread(NewThreadLogic);
}

static void NewThreadLogic()
{
    Console.WriteLine("新线程开启");
}

启动线程

使用 Start() 方法即可运行创建出来的线程

static void Main()
{
    Thread thread = new Thread(NewThreadLogic);
    thread.Start();
}

static void NewThreadLogic()
{
    Console.WriteLine("新线程开启");
}

输出：

新线程开启

设置为后台线程

当前台线程都结束了的时候，整个程序也就结束了，即使还有后台线程正在运行
后台线程不会防止应用程序的进程被终止掉，如果不设置为后台线程，可能导致进程无法正常关闭

static void Main()
{
    Thread thread = new Thread(NewThreadLogic);
    thread.Start();
    Thread.Sleep(100);              // 设置主线程0.1秒后再继续执行
    thread.IsBackground = true;     // 如果不设置为后台线程，则thread会阻止进程的关闭
}

static void NewThreadLogic()
{
    Console.WriteLine("新线程开启");
    while (true)
    {
        Console.WriteLine("新线程运行中");
    }
}

关闭释放一个线程

如果开启的线程中不是死循环，是能够结束的逻辑，那么不用刻意的去关闭它

如果是死循环，想要中止这个线程，有两种方式：

死循环中使用 bool 标识控制循环是否结束

static bool isRuning = true;

static void Main()
{
    Thread thread = new Thread(NewThreadLogic);
    thread.Start();
    thread.IsBackground = true;     // 如果不设置为后台线程，则thread会阻止进程的关闭
    Console.ReadKey();                // 等待用户输入任意键结束进程
    isRuning = false;                // 关闭线程
    Console.ReadKey();
}

static void NewThreadLogic()
{
    Console.WriteLine("新线程开启");
    while (isRuning)
    {
        Console.WriteLine("新线程运行中");
    }
    Console.WriteLine("新线程运行结束");
}

通过线程提供的方法 Abort()

警告！在 .NET 5 及以后的版本，此方法已废弃，使用该方法会抛出错误，因此不建议使用此方法

static void Main()
{
    Thread thread = new Thread(NewThreadLogic);
    thread.Start();
    thread.IsBackground = true;     // 如果不设置为后台线程，则thread会阻止进程的关闭
    Console.ReadKey();
    thread.Abort();                 // “Thread.Abort()”已过时:“Thread.Abort is not supported and throws PlatformNotSupportedException.”
}

static void NewThreadLogic()
{
    Console.WriteLine("新线程开启");
    while (true)
    {
        Console.WriteLine("新线程运行中");
    }
}

线程休眠

让线程休眠一段时间（传入的单位是毫秒，1 秒 = 1000 毫秒），在哪个线程里执行就休眠哪个线程

static bool isRuning = true;
  
static void Main()
{
    Thread thread = new Thread(NewThreadLogic);
    thread.Start();
    thread.IsBackground = true;     // 如果不设置为后台线程，则thread会阻止进程的关闭
    Console.ReadKey();                // 等待用户输入任意键结束进程
    isRuning = false;                // 关闭线程
}
  
static void NewThreadLogic()
{
    Console.WriteLine("新线程开启");
    while (isRuning)
    {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine("新线程运行中");
    }
    Console.WriteLine("新线程运行结束");
}

线程之间共享数据

多个线程使用的内存是共享的，都属于该应用程序（进程），所以要注意，多线程同时操作同一片内存区域时可能会出问题

假设主线程要在控制台的（0，0）位置画红色三角形，副线程要在（10，5）位置画黄色方形

class Program
{
    static bool isRuning = true;
  
    static void Main()
    {
        Thread thread = new Thread(NewThreadLogic);
        thread.Start();
        thread.IsBackground = true;     // 如果不设置为后台线程，则thread会阻止进程的关闭
        Console.Clear();
        while (isRuning)
        {
            Console.SetCursorPosition(0, 0);
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.Write("▲");
        }
    }
  
    static void NewThreadLogic()
    {
        while (isRuning)
        {
            Console.SetCursorPosition(10, 5);
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Yellow;
            Console.Write("■");
        }
    }
}

显示效果：

可以看到，由于不同线程间执行顺序不一致，就出现绘制混乱的问题，可以通过加锁的形式避免问题

线程锁

当我们在多个线程当中想要访问同样的东西，进行逻辑处理时，为了避免不必要的逻辑顺序执行的差错，
就需要对某个引用类型对象加锁 lock，确保同时只有一个线程能够访问该对象

lock (引用类型对象)
{
    // ...
}

当一个线程运行到 lock 内部逻辑时，就会将括号内的引用类型对象是否被锁住，
如果被锁住，就会等待此对象解锁，如果没有被锁住，就会锁住此对象使得其他线程无法进入，然后执行 lock 内部的逻辑，执行结束再解锁

这样，就可以跳过线程锁，确保同时只有一个线程能够在控制台输出，这样就不会出现绘制混乱的问题：

static bool isRuning = true;
static object lockobj = new object();
  
static void Main()
{
    Thread thread = new Thread(NewThreadLogic);
    thread.Start();
    thread.IsBackground = true;     // 如果不设置为后台线程，则thread会
    Console.Clear();
    while (isRuning)
    {
        lock (lockobj)
        {
            Console.SetCursorPosition(0, 0);
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.Write("▲");
        }
    }
}
  
static void NewThreadLogic()
{
    while (isRuning)
    {
        lock (lockobj)
        {
            Console.SetCursorPosition(10, 5);
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Yellow;
            Console.Write("■");
        }
    }
}

显示效果：

多线程对于我们的意义

可以用多线程专门处理一些复杂耗时的逻辑，比如寻路、网络通信等等
使用多线程来处理这些复杂耗时的逻辑，就可以避免主线程被卡住，导致主线程卡顿等问题

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