谈谈C#中各种线程的使用及注意项~

说到线程，很多人会想到timer吧，

接下来我们就来学习一下 timer 吧，摇摇脑袋，清醒一下，接下来开始学习….

一、基本概念

1、什么是进程？ 
       当一个程序开始运行时，它就是一个进程，进程包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。一个进程至少有一个主线程。

2、什么是线程？ 
       线程是程序中的一个执行流，每个线程都有自己的专有寄存器(栈指针、程序计数器等)，但代码区是共享的，即不同的线程可以执行同样的函数。

3、什么是多线程？ 
       多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

4、多线程的好处？ 
       可以提高 CPU 的利用率。在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU 可以运行其它的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。

5、多线程的不利方面？ 
       线程也是程序，所以线程需要占用内存，线程越多占用内存也越多。 
       多线程需要协调和管理，所以 CPU 需要花时间来跟踪线程。 
       线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题。 
       线程太多会导致控制太复杂，最终可能造成很多 Bug。

static void Main(string[] args)
{
    Thread.CurrentThread.Name = "It's Main Thread";
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + " [Status:" + Thread.CurrentThread.ThreadState + "]");
}

通过 Thread 类的静态属性 CurrentThread 可以获取当前正在执行的线程。不管创建了多少个这个类的实例，但是类的静态属性在内存中只有一个。很容易理解 CurrentThread 为什么是静态的–虽然有多个线程同时存在，但是在某一个时刻，CPU 只能执行其中一个! 
       在.net framework class library 中，所有与多线程机制应用相关的类都是放在 System.Threading 命名空间中。

操纵一个线程

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Thread Start/Stop/Join Sample：");
    
    // 创建一个线程，使之执行 Beta 方法 
    Thread oThread = new Thread(Beta);
 
    // 实际上，Start 方法只是通知 CPU 此线程可以被执行，但具体执行时机则由 CPU 自行决定。
    oThread.Start();
    while (!oThread.IsAlive)
    {
        Thread.Sleep(1);
    }
 
    oThread.Abort();
    oThread.Join();
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine("Beta has finished");
    try
    {
        Console.WriteLine("Try to restart the Alpha.Beta thread");
        oThread.Start();
    }
    catch (ThreadStateException)
    {
        Console.WriteLine("ThreadStateException trying to restart Alpha.Beta. ");
        Console.WriteLine("Expected since aborted threads cannot be restarted.");
        Console.ReadLine();
    }
}
 
public static void Beta()
{
    while (true)
    {
        Console.WriteLine("Beta is running in its own thread.");
    }
}

 试图用 Thread.Start() 方法重新启动线程 oThread，但显然 Abort() 方法带来的后果是不可恢复的终止线程，所以最后程序会抛出 ThreadStateException 异常。

二、线程的优先级

1、当线程之间争夺 CPU 时，CPU 按照线程的优先级给予服务。

2、在 C# 应用程序中，用户可以设定 5 个不同的优先级，由高到低分别是 Highest，AboveNormal，Normal，BelowNormal，Lowest，在创建线程时如果不指定优先级，那么系统默认为 ThreadPriority.Normal。 
       通过设定线程的优先级，我们可以安排一些相对重要的线程优先执行，例如对用户的响应等等。

static void Main(string[] args)
{
    Thread t1 = new Thread(() =>
    {
        System.Diagnostics.Stopwatch watch = new System.Diagnostics.Stopwatch();
        watch.Start();
        for (int i = 0; i < 20000; i++)
        {
            // 模拟耗时工作
            var obj = new { name = "XXX", age = 37 };
            GC.Collect();
        }
        watch.Stop();
        Console.WriteLine("t1 finished[ {0} ]", watch.ElapsedMilliseconds);
    });
 
    Thread t2 = new Thread(() =>
    {
        System.Diagnostics.Stopwatch watch = new System.Diagnostics.Stopwatch();
        watch.Start();
        for (int i = 0; i < 20000; i++)
        {
            var obj = new { name = "XXX", age = 37 };
            GC.Collect();
        }
        watch.Stop();
        Console.WriteLine("t2 finished[ {0} ]", watch.ElapsedMilliseconds);
    });
    t1.Priority = ThreadPriority.AboveNormal;
    t2.Priority = ThreadPriority.BelowNormal;
    t1.Start();
    t2.Start();
}

 线程的调度算法非常复杂。记住，优先级高的线程并不一定先执行，但 CPU 会将更多的时间片分给优先级高的线程，因此，在相同任务量的前提下，高优先级线程将会较快的完成任务。

三、Winform 中多线程的应用

1、在 Winform 程序中，一般负责控制UI界面的显示、更新和控件交互的线程为主线程，或 UI 线程。

2、单线程最显著的缺点是，当一个事件发生，程序进行一个耗时的运算动作时，UI 线程会出现假死现象，此时会无视对用户的响应。

下面的代码会模拟一些不同的情况：

void DoSomething()
{
    for (int i = 0; i < 900000000; i++)
    {
 
    }
    MessageBox.Show("It's finished.");
}
 
void ShowStr(object obj)
{
    var list = obj as List<string>;
    if (list != null)
    {
        foreach (var item in list)
        {
            MessageBox.Show(item.ToString());
        }                
    }
    else
        MessageBox.Show("null");
}
 
// UI 单线程，运行时窗体会卡死一段时间
private void btnUI_Click(object sender, EventArgs e)
{
    DoSomething();
}
 
// 调用无參函数，此时窗体能响应用户
private void btnThreadA_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Thread thread = new Thread(DoSomething);
    thread.Start();
}
 
// 当所有前台线程都关闭时，后台线程将立即结束运行，无条件的关闭
// 而前台线程运行时，即使关闭 Form 主程序，该线程仍将继续运行，直到计算完毕
private void btnThreadB_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Thread thread = new Thread(DoSomething);
    thread.IsBackground = true;
    thread.Start();
}
 
// 调用有参函数
private void btnThreadC_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Thread thread = new Thread(ShowStr);
    thread.Start(new List<string> { "Jacky", "Skysoot", "Sam" });
}

  要注意的是，线程在调用有参函数时，通过 Start() 方法传递了参数给指定委托，该委托又将参数传递给了该线程欲运行的函数。看微软 Thread 类定义的元数据：

 

 Thread 类的 4 个构造函数基本分为 2 类，有参和无參。而 ParameterizedThreadStart 委托定义的方法原型的参数为 Object 类型，这提高了传参最大的灵活性。当然，在被调用的函数内部，需要依据一定的约定将 Object 对象进行转型处理。

封装一个线程类进行函数和参数的传递

// 可定义各类型委托 示例暂定一个
public delegate void Do(object obj);
 
public class Worker
{
    Do method;
    object obj;
 
    private void Work()
    {
        method(obj);
    }
 
    // 创建工人线程时 new 出工人实例 并在线程上指定 Work()
    public static Thread CreateWorkerThread(Do method, object obj)
    {
        Worker worker = new Worker();
        worker.method = method;
        worker.obj = obj;
        Thread t = new Thread(worker.Work);
        return t;
    }
}
 
// 任务类
public class Quest
{
    public static void Quest1(object obj)
    {
        Console.WriteLine("工人开始：" + obj.ToString() + "\r\n");
    }
 
    public static void Quest2(object obj)
    {
        string[] list = obj as string[];
        if (obj != null)
        {
            foreach (var item in list)
            {
                Console.WriteLine("工人开始：" + item);
            }
        }
    }
}
 
public class Test
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        Thread t1 = Worker.CreateWorkerThread(Quest.Quest1, "搬砖");
        t1.Start();
        Thread t2 = Worker.CreateWorkerThread(Quest.Quest2, new string[] {"听音乐", "加班", "打台球" });
        t2.Start();
    }
}

这种封装只是一种启发的方式而已，并非模式。但封装委托后的好处在于，调用方可以灵活指定 Worker 类执行什么类型的任务，加工什么参数，而无需再去考虑其余事情。

四、C#中timer类的用法

1、System.Windows.Forms.Timer  

实现按用户定义的时间间隔引发事件的计时器。此计时器最宜用于 Windows 窗体应用程序中，并且必须在窗口中使用。

2、System.Threading.Timer  

提供以指定的时间间隔执行方法的机制。无法继承此类。

3、System.Timers.Timer  

在应用程序中生成定期事件。 

这三个定时器位于不同的命名空间内，上面大概介绍了3个定时器的用途，其中第一个是只能在Windows窗体中使用的控件。

在.NET1.1里面，第3个System.Timers.Timer，也是可以拖拽使用，而.NET2.0开始取消了，只能手动编写代码。而后2个没有限制制。

下面通过具体的列子来看3个Timer的使用和区别

一 、System.Windows.Forms.Timer

 #region System.Windows.Forms.Timer   
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
         InitializeComponent();
        }
        int num = 0;
        private void Form_Timer_Tick(object sender, EventArgs e)
        {
            label1.Text = (++num).ToString();
            Thread.Sleep(3000);
        }
        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Form_Timer.Start();
        }
        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Form_Timer.Stop();
        }
    }
    #endregion

 

上面这个是一个很简单的功能，在Form窗体上拖了一个System.Windows.Forms.Timer控件名字为Form_Timer，在属性窗中把Enable属性设置为Ture，Interval是定时器的间隔时间。双击这个控件就可以看到 Form_Timer_Tick方法。

在这个方法中，我们让她不停的加一个数字并显示在窗体上，2个按钮提供了对计时器的控制功能。执行的时候你去点击其他窗体在回来，你会发现我们的窗体失去响应了。

因为我们这里使用Thread.Sleep(3000); 让当前线程挂起，而UI失去相应，说明了这里执行时候采用的是单线程。也就是执行定时器的线程就是UI线程。Timer 用于以用户定义的事件间隔触发事件。

Windows 计时器是为单线程环境设计的，其中，UI 线程用于执行处理。它要求用户代码有一个可用的 UI 消息泵，而且总是在同一个线程中操作，或者将调用封送到另一个线程。

在Timer内部定义的了一个Tick事件，我们前面双击这个控件时实际是增加了一行代码。

this.Form_Timer.Tick += new System.EventHandler(this.Form_Timer_Tick);

然后Windows将这个定时器与调用线程关联(UI线程)。当定时器触发时，Windows把一个定时器消息插入到线程消息队列中。调用线程执行一个消息泵提取消息，然后发送到回调方法中（这里的Form_Timer_Tick方法）。

而这些都是单线程进行了，所以在执行回调方法时UI会假死。所以使用这个控件不宜执行计算受限或IO受限的代码，因为这样容易导致界面假死，而应该使用多线程调用的Timer。

另外要注意的是这个控件时间精度不高，精度限定为 55 毫秒。

二、System.Timers.Timer

接下来就看下另一个Timer，我们用它来改写上面的程序

#region System.Windows.Forms.Timer   
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1() {
            InitializeComponent();
        }
        int num = 0;
        DateTime time1 = new DateTime();
        DateTime time2 = new DateTime();
        //定义Timer   
        System.Timers.Timer Timers_Timer = new System.Timers.Timer();
        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //手动设置Timer，开始执行   
            Timers_Timer.Interval = 20;
            Timers_Timer.Enabled = true;
            Timers_Timer.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(Timers_Timer_Elapsed);
            time1 = DateTime.Now;
        }
        void Timers_Timer_Elapsed(object sender, System.Timers.ElapsedEventArgs e)
        {
            label1.Text = Convert.ToString((++num)); //显示到lable   
            Thread.Sleep(3000);
        }
        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //停止执行   
            Timers_Timer.Enabled = false;
            time2 = DateTime.Now;
            MessageBox.Show(Convert.ToString(time2 - time1));
        }
    }
    #endregion

我们可以看到这个代码和前面使用Form.Timer的基本相同，不同的是我们是手动定义的对象，而不是通过拉控件。他也有Interval ，Enabled 等属性，作用和第一是一样的。

不同的是他的事件名为Elapsed ，但是和上面的Tick一样，绑定一个委托的方法。只是这里我们是手动完成的。另外不同之处是Form.Timer我们可以用Stop和Start方法控制，而这里是通过Enable属性控制。

但实际上也可以用Stop和Start方法，内部也是通过他自己的Enable来控制的。

　　最大的不同就是上面的代码在调试时会报错，提示你”线程间操作无效: 从不是创建控件“label1”的线程访问它。”但如果你不调试直接运行是OK的，而且运行时你去拖动窗体会发现没有出现假死。

从这里我们就可以知道这里的Timer的创建线程和执行线程不是同一个线程。也就是使用了多线程。Timer的创建线程是UI线程，而执行线程是TheardPool中的线程，所以不会假死，但调试的时候会报错，因为非控件的创建线程不能操作控件。

但你可以直接运行，这里是VS05做了手脚。解决办法很多，用delegate.BeginInvoke()等等。这里介绍特有的一种方法，设置Timer的SynchronizingObject属性，Timers_Timer.SynchronizingObject = label1;

这样调试运行时就不会报错了，但是设置了这个属性Timer就编程单线程调用了，就基本和第一个完全一样了。

     　/// 在timer中使用SynchronizingObject的原因（tangtao_xp的注解）
        /// 请参考//msdn.microsoft.com/en-us//library/system.timers.timer.synchronizingobject
        /// 1.如果SynchronizingObject为null，timer的Elapsed事件会默认由线程池进行处理
        /// 2.如果timer的Elapsed事件要在windows Form等UI元件中处理，就会出现UI线程访问线程池情况
        /// 此时会引发错误和异常；将SynchronizingObject设置成要处理timer的Elapsed事件的UI元件，
        /// 该timer就会由该UI元件的线程创建，从而避免异常。

三 、System.Threading.Timer

继续用这个对象改造程序。

#region System.Windows.Forms.Timer   
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }
        int num = 0;
        DateTime time1 = new DateTime();
        DateTime time2 = new DateTime();
        System.Threading.Timer Thread_Time;
        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //启动   
            Thread_Time = new System.Threading.Timer(Thread_Timer_Method, null, 0, 20);
            time1 = DateTime.Now;
        }
        void Thread_Timer_Method(object o)
        {
            label1.Text = Convert.ToString((++num));
            System.Threading.Thread.Sleep(3000);
        }
        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //停止   
            Thread_Time.Dispose();
            time2 = DateTime.Now;
            MessageBox.Show(Convert.ToString(time2 - time1));
        }
    }
    #endregion

用Threading.Timer时的方法，和前面就不太相同了，所以的参数全部在构造函数中进行了设置，而且可以设置启动时间。而且没有提供start和stop方法来控制计时器。

而且是以一种回调方法的方式实现，而不是通过事件来实现的。他们之间还是有区别的。我们只有销毁掉对象来停止他。

当你运行时，你会发现他和前面的Timers.Timer一样，是多线程的，主要表现在不会假死，调试运行报错。但跟让你奇怪的是，我们的代码竟然无法让她停止下来。

调用了Dispose方法没有用。问题在那？然后有进行了测试，修改了间隔时间为100，200，500，1000，3000，4000。

这几种情况。发现当间隔为500ms以上是基本马上就停止了。而间隔时间相对执行时间越短，继续执行的时间越长。这应该是在间隔时间小于执行时间时多个线程运行造成的。因为所有的线程不是同时停止的。间隔越短，线程越多，所以执行次数越多。

最后来看下这个对象另外一个特殊的地方。

 static void Main()
    {
        Timer t = new Timer(Test, null, 0, 1000);
        Console.ReadLine();
    }
    public static void Test(object o)
    {
        Console.WriteLine("hello world");
        GC.Collect();
    }

这段代码会输出什么结果呢？默认情况他只输出一次，就停止了。为什么呢？根据上面说的，当定义对象t,执行代码后，进行了强制垃圾回收，因为t在Main中没有其他引用，所以被回收掉了。

但是如果我们把编译器的”优化“项取消掉，在看看情况。程序进然一直在输出。为什么执行垃圾回收却没有被回收呢？因为这个禁用优化选项，t的声明周期被扩展到了方法结束。所以一直执行。

因为编译器默认是优化的，所以我们必须保证Timer对象一直被引用，而避免被垃圾回收。所以我们可以在编译器打开优化的情况下，在Main函数最后加上t=null保证回收前被引用，但你发现，这样是没用的。

因为JIT编译器优化后会吧t=null直接删除，所以我们用t.Dispose()，就可以达到目的。在我们进行垃圾回收时，CLR发现t还有被引用，还没执行Dispose所以不会被回收。

是以Threading.Timer有时候会出现运行一次就停止或者是销毁了还在运行的情况，而且和编译器优化也有关，所以使用时要注意。

最后看下MSDN的描述： 只要在使用 Timer，就必须保留对它的引用。对于任何托管对象，如果没有对 Timer 的引用，计时器会被垃圾回收。即使 Timer 仍处在活动状态，也会被回收。当不再需要计时器时，请使用 Dispose 方法释放计时器持有的资源。

如果希望在计时器被释放时接收到信号，请使用接受 WaitHandle 的 Dispose(WaitHandle) 方法重载。计时器已被释放后，WaitHandle 便终止。

总结：

  • 　　System.Threading.Timer 是一个简单的轻量计时器，它使用回调方法并由线程池线程提供服务。不建议将其用于 Windows 窗体，因为其回调不在用户界面线程上进行。System.Windows.Forms.Timer 是用于 Windows 窗体的更佳选择。
  • 要获取基于服务器的计时器功能，可以考虑使用 System.Timers.Timer，它可以引发事件并具有其他功能。
  • 　　在《CLR Via C#》中讲多线程时有提到这3个计时器，但作者说System.Timers.Timer是对System.Threading.Timer的报装，不推荐使用，但是在我的WEB项目中的Application_Start中我还是使用的这个而不是Threading.Timer，因为使用Threading.Timer时只执行了一次就不在执行了。
  • 对于计时器在B/S结构中的使用就复杂一些，一般我们把计时器放在Application_OnStart中，这样全局维护一个计时器，可以进行定期备份数据库，定期维护用户等操作，而且方法写作静态的，以免被垃圾回收。
  • 而不建议在一般的aspx页面中使用，因为服务器端的定时器对用户这样意义不大，完全可以使用JS代替。而且这个页面的每个请求都可能引入一个新的定时器，导致系统崩溃。
  • 另外，定时器是ASP.NET进程，IIS有关，所以对用重要的执行任务，还是建议写成服务或独立程序放在服务器上执行好了。
  • 　　System.Windows.Forms.Timer是应用于WinForm中的，它是通过Windows消息机制实现的，类似于VB或Delphi中的Timer控件，内部使用API  SetTimer实现的。它的主要缺点是计时不精确，而且必须有消息循环，Console  Application(控制台应用程序)无法使用。   
  • 　　System.Timers.Timer和System.Threading.Timer非常类似，它们是通过.NET  Thread  Pool实现的，轻量，计时精确，对应用程序、消息没有特别的要求。System.Timers.Timer还可以应用于WinForm，完全取代上面的Timer控件。它们的缺点是不支持直接的拖放，需要手工编码。

 

ok,今天的学习就到此结束了，有什么不对的欢迎指出~

参考博客：

//www.cnblogs.com/SkySoot/p/3494154.html

//www.cnblogs.com/OpenCoder/archive/2010/02/23/1672043.html

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