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.net面向對象之多線程(Multithreading)及多線程高級應用

編輯：ASP.NET基礎

在.net面向對象程序設計階段在線程資源共享中的線程安全和線程沖突的解決方案；多線程同步，使用線程鎖和線程通知實現線程同步，具體內容介紹如下：

1、 ThreadStatic特性

特性：[ThreadStatic]

功能：指定靜態字段在不同線程中擁有不同的值

在此之前，我們先看一個多線程的示例：

我們定義一個靜態字段：

static int num = 0;
然後創建兩個線程進行分別累加：

new Thread(() =>
{
 for (int i = 0; i < 1000000; i++)
 ++num;
 Console.WriteLine("來自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num);
})
{ Name = "線程一" }.Start(); 

new Thread(() =>
{
 for (int i = 0; i < 2000000; i++)
 ++num;
 Console.WriteLine("來自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num);
})
{ Name = "線程二" }.Start();

運行多次結果如下：

可以看到，三次的運行結果均不相同,產生這種問題的原因是多線程中同步共享問題導致的，即是多個線程同時共享了一個資源。如何解決上述問題，最簡單的方法就是使用靜態字段的ThreadStatic特性。

在定義靜態字段時，加上[ThreadStatic]特性，如下：

復制代碼代碼如下:
[ThreadStatic]
static int num = 0;
兩個線程不變的情況下，再次運行，結果如下：

不論運行多少次，結果都是一樣的，當字段被ThreadStatic特性修飾後，它的值在每個線程中都是不同的，即每個線程對static字段都會重新分配內存空間，就當然於一次new操作，這樣一來，由於static字段所產生的問題也就沒有了。

2. 資源共享

多線程的資源共享，也就是多線程同步（即資源同步），需要注意的是線程同步指的是線程所訪問的資源同步，並非是線程本身的同步。

在實際使用多線程的過程中，並非都是各個線程訪問不同的資源。

下面看一個線程示例，假如我們並不知道線程要多久完成，我們等待一個固定的時間（假如是500毫秒）:

先定義一個靜態字段：

static int result;
創建線程：

Thread myThread = new Thread(() =>
{
 Thread.Sleep(1000);
 result = 100;
});
myThread.Start();
Thread.Sleep(500); 
Console.WriteLine(result);

運行結果如下：

可以看到結果是0，顯然不是我們想要的，但往往在線程執行過程中，我們並不知道它要多久完成，能不能在線程完成後有一個通知？

這裡有很多笨的方法，比如我們可能會想到使用一個循環來檢測線程狀態，這些都不是理想的。

.NET為我們提供了一個Join方法，就是線程阻塞，可以解決上述問題，我們使用Stopwatch來記時，

改進線程代碼如下：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
Thread myThread = new Thread(() =>
{
 Thread.Sleep(1000);
 result = 100;
});
myThread.Start();
Thread.Sleep(500);
myThread.Join();
Console.WriteLine(watch.ElapsedMilliseconds);
Console.WriteLine(result);

運行結果如下：

結果和我們想要的是一致的。

3. 線程鎖

除了上面示例的方法，對於線程同步，.NET還為我們提供了一個鎖機制來解決同步，再次改進上面示例如下：

先定義一個靜態字段來存儲鎖：

static object locker = new object();
這裡我們可以先不用考慮這個對象是什麼。繼續看改進後的線程：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
Thread t1 = new Thread(() =>
{
 lock (locker)
 {
 Thread.Sleep(1000);
 result = 100;
 }
});
t1.Start();
Thread.Sleep(100);
lock (locker)
{
 Console.WriteLine("線程耗時："+watch.ElapsedMilliseconds);
 Console.WriteLine("線程輸出："+result);
}

運行結果如下：

運行結果和上面示例一樣，如果線程處理過程較復雜，可以看到耗時明顯減少，這是一種用比阻塞更效率的方式完成線程同步。

4. 線程通知

前面說到了能否在一個線程完成後，通知等待的線程呢，這裡.NET為我們提供了一個事件通知的方法來解決這個問題。

4.1 AutoResetEvent

先定義一個通知對象

復制代碼代碼如下:
static EventWaitHandle tellMe = new AutoResetEvent(false);

改進上面的線程如下：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
Thread myThread = new Thread(() =>
{
 Thread.Sleep(1000);
 result = 100;
 tellMe.Set();
});
myThread.Start();
tellMe.WaitOne();
Console.WriteLine("線程耗時：" + watch.ElapsedMilliseconds);
Console.WriteLine("線程輸出：" + result);

運行結果如下：

4.2 ManualResetEvent

和AutoResetEvent 相對的還有一個 ManualResetEvent 手動模式，他們的區別在於，在線程結束後ManualResetEvent 還是可以通行的，除非手動Reset關閉。下面看一個示例：

先定義一個手動通知的對象：

static EventWaitHandle mre = new ManualResetEvent(false);

創建線程：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
Thread myThreadFirst = new Thread(() =>
{
 Thread.Sleep(1000);
 result = 100;
 mre.Set();
}) { Name = "線程一" };
Thread myThreadSecond = new Thread(() =>
{
 mre.WaitOne();
 Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "獲取結果:" + result + "("+System.DateTime.Now.ToString()+")");
}) { Name="線程二"};
myThreadFirst.Start();
myThreadSecond.Start();
mre.WaitOne();
Console.WriteLine("線程耗時：" + watch.ElapsedMilliseconds + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");
Console.WriteLine("線程輸出：" + result + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");

運行結果如下：

4.3. Semaphore

Semaphore也是線程通知的一種，上面的通知模式，在線程開啟的數量很多的情況下，使用Reset()關閉時，如果不使用Sleep休眠一下，很有可能導致某些線程沒有恢復的情況下，某一線程提前關閉，對於這種很難預測的情況，.NET提供了更高級的通知方式Semaphore,可以保證在超多線程時不會出現上述問題。

先定義一個通知對象的靜態字段：

復制代碼代碼如下:
static Semaphore sem = new Semaphore(2, 2);

使用循環創建100個線程：

for (int i = 1; i <= 100; i++)
{
 new Thread(() =>
 {
 sem.WaitOne();
 Thread.Sleep(30);
 Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+" "+DateTime.Now.ToString());
 sem.Release();
 }) { Name="線程"+i}.Start();
}

運行結果如下：