探討C#多線程應(yīng)用的相關(guān)問題
2000年6月，Microsoft發(fā)布了一種新的程序設(shè)計語言——C#。C#是一種現(xiàn)代的，面向?qū)ο蟮恼Z言，它使開發(fā)人員能夠在Microsoft .NET框架上快速建立廣泛的應(yīng)用。C#支持建立自由線程(free-threaded)的應(yīng)用，多個線程可以訪問同一套共享數(shù)據(jù)。
C#多線程應(yīng)用實例程序說明
本文的實例程序包括一個列表框、三個按鈕。程序使用一個新的線程來運行一個后臺處理，結(jié)果在列表框中顯示。按鈕button1啟動一個計算平方的線程。按鈕button2停止后臺處理線程。按鈕button3退出程序。程序運行情況如圖1所示。
C#多線程應(yīng)用 圖1
使用線程
首先創(chuàng)建運行在新線程上的后臺任務(wù)。表1所示的代碼執(zhí)行一個相當(dāng)長的運行處理----一個無限循環(huán)。
表1、后臺處理程序
- private void BackgroundProcess()
- {
- int i= 1;
- while(true)
- {
- // 向列表框增加一個項目
- listBox1.Items.Add("Iterations: " + i.ToString ());
- i ++;
- Thread.Sleep(2000); // 指定線程休眠的時間
- }
- }
這段代碼無限循環(huán)，每次執(zhí)行時在列表框中加入一個項目。
在規(guī)定好一個工作的處理代碼以后，就需要將這段代碼分配給一個線程，并且啟動它。為此需要使用線程對象（Thread object），它是.NET架構(gòu)類中System.Threading命名空間的一部分。在實例化一個新的線程類時，需要把在線程類構(gòu)造器中執(zhí)行的代碼塊的一個引用傳送給該實例。表2所示的代碼創(chuàng)建一個新的線程對象，并且將BackgroundProcess的一個引用傳送給該對象。
表2、線程的使用
- Thread t1,t2; // 說明為窗體類成員
- t1 = new Thread(new ThreadStart(BackgroundProcess));
- t1.Start(); // 以上2行放置在窗體的load事件中
ThreadStart表示在線程上執(zhí)行的方法，這里是一個到BackgroundProcess方法的委派對象。在C#中，一個委派是一個類型安全、面向?qū)ο蟮暮瘮?shù)指針。在實例化該線程后，可以通過調(diào)用線程的Start()方法來開始執(zhí)行代碼。
控制線程
在線程啟動以后，可以通過調(diào)用線程對象的方法來控制線程的狀態(tài)?？梢酝ㄟ^調(diào)用Thread.Sleep方法來暫停一個線程的執(zhí)行，這個方法可以接收一個整型值，用來決定線程休眠的時間。對于本文的實例程序，為了讓列表項目增加的速度變慢，在其中放入了一個Sleep方法的調(diào)用。
可以通過調(diào)用Thread.Sleep(System.Threading.Timeout.Infinite)來讓線程進(jìn)入休眠狀態(tài)，但是，這個調(diào)用的休眠時間是不確定的。要中斷這個休眠，可以調(diào)用Thread.Interrupt方法。
通過調(diào)用Thread.Suspend方法可以掛起線程。掛起可以暫停一個線程，直到另一個線程調(diào)用Thread.Resume為止。休眠和掛起的區(qū)別是，掛起并不立刻讓線程進(jìn)入一個等待的狀態(tài)，線程并不會掛起，直到.NET runtime認(rèn)為現(xiàn)在已經(jīng)是一個安全的地方來掛起它了，而休眠則會立刻讓線程進(jìn)入一個等待的狀態(tài)。
表3、停止線程的執(zhí)行
- private void button2_Click
- (object sender, System.EventArgs e)
- { t1.Abort(); }
Thread.Abort方法可以停止一個線程的執(zhí)行。本文的實例程序通過加入一個按鈕button2來停止后臺處理，在事件處理程序中調(diào)用了Thread.Abort方法，如表3所示。
這就是多線程的強大之處。用戶界面的響應(yīng)很快，因為用戶界面運行在一個單獨的線程中，而后臺的處理運行在另外一個線程中。在用戶按下按鈕button2時，就會馬上得到響應(yīng)，并且停止后臺處理。
通過多線程程序傳送數(shù)據(jù)
在實際工作中，還需要使用到多線程的許多復(fù)雜特性。其中一個問題就是如何將程序的數(shù)據(jù)由線程類的構(gòu)造器傳入或者傳出。對于放到另外一個線程中的過程，既不能傳參數(shù)給它，也不能由它返回值，因為傳入到線程構(gòu)造器的過程是不能擁有任何參數(shù)或者返回值的。為了解決這個問題，可以將過程封裝到一個類中，這樣，方法的參數(shù)就可使用類中的字段。
本文給出了一個簡單的例子，計算一個數(shù)的平方。為了在一個新的線程中使用這個過程，將它封裝到一個類中，如表4所示。
使用表5所示的代碼在一個新的線程上啟動CalcSquare過程。
表4、計算一個數(shù)的平方 表5、在一個新的線程上啟動CalcSquare過程
- public class SquareClass
- {
- public double Value;
- public double Square;
- public void CalcSquare()
- {
- Square = Value * Value;
- }
- } private void button1_Click(object sender, System.EventArgs e)
- {
- SquareClass oSquare =new SquareClass();
- t2 = new Thread(new ThreadStart(oSquare.CalcSquare));
- oSquare.Value = 30;
- t2.Start();
- }
在上述例子中，線程啟動后，并沒有檢查類中的square值，因為即使調(diào)用了線程的start方法，也不能確保其中的方法馬上執(zhí)行完。要從另一個線程中得到需要的值，有幾種方法，其中一種方法就是在線程完成的時候觸發(fā)一個事件。表6所示的代碼為SquareClass加入了事件聲明。
表6、為SquareClass加入事件聲明
- public delegate void EventHandler(double sq); // 說明委派類型
- public class SquareClass
- {
- public double Value;
- public double Square;
- public event EventHandler ThreadComplete; // 說明事件對象
- public void CalcSquare()
- {
- Square = Value * Value;
- // 指定事件處理程序
- ThreadComplete+=new EventHandler(SquareEventHandler);
- if( ThreadComplete!=null)ThreadComplete(Square); // 觸發(fā)事件
- }
- public static void SquareEventHandler(double Square ) // 定義事件處理程序
- { MessageBox.Show(Square.ToString ()); }
- }
對于這種方法，要注意的是事件處理程序SquareEventHandler運行在產(chǎn)生該事件的線程t2中，而不是運行在窗體執(zhí)行的線程中。
同步線程
在線程的同步方面，C#提供了幾種方法。在上述計算平方的例子中，需要與執(zhí)行計算的線程同步，以便等待它執(zhí)行完并且得到結(jié)果。另一個例子是，如果在其它線程中排序一個數(shù)組，那么在使用該數(shù)組前，必須等待該處理完成。為了實現(xiàn)同步，C#提供了lock聲明和Thread.Join方法。
lock聲明
表7、使用lock聲明
- public void CalcSquare1()
- {
- lock( typeof(SquareClass))
- {
- Square = Value * Value;
- }
- }
lock可以得到一個對象引用的***鎖，使用時只要將該對象傳送給lock就行了。通過這個***鎖，可以確保多個線程不會訪問共享的數(shù)據(jù)或者在多個線程上執(zhí)行的代碼。要得到一個鎖，可以使用與每個類關(guān)聯(lián)的System.Type對象。System.Type對象可以通過使用typeof運算得到，如表7所示。
Thread.Join方法
表8、使用Thread.Join方法
- private void button1_Click(object sender, System.EventArgs e)
- {
- SquareClass oSquare =new SquareClass();
- t2 = new Thread(new ThreadStart(oSquare.CalcSquare));
- oSquare.Value = 30;
- t2.Start();
- if( t2.Join (500) )
- {
- MessageBox.Show(oSquare.Square.ToString ());
- }
- }
Thread.Join方法可以等待一個特定的時間，直到一個線程完成。如果該線程在指定的時間內(nèi)完成了，Thread.Join將返回True，否則它返回False。在上述平方的例子中，如果不想使用觸發(fā)事件的方法，可以調(diào)用Thread.Join的方法來確定計算是否完成了。代碼如表8所示。
結(jié)論
本文通過一個實例程序說明了C#多線程應(yīng)用和控制方法，探討了如何通過多線程程序傳送數(shù)據(jù)和線程的同步問題。根據(jù)本文的分析可知，在C#中，使用線程是很簡單的。C#支持建立自由線程的應(yīng)用，提高了資源的利用率，程序的響應(yīng)速度也得到了改善。當(dāng)然也帶來了數(shù)據(jù)傳送和線程同步等問題。
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