【笔记】C# 线程

C# 对 .NET 托管线程的理解

创建并启动线程

C#的线程对象（Thread）位于命名空间 System.Threading 中，创建一个线程对象即创建了一个托管线程，线程的创建要求传入一个 ThreadStart 对象，这个对象指定线程执行的方法（通过构造函数传入委托）。创建线程后，可以通过 Start 方法启动线程。例如下面的代码：

public class Program
    {
        static void StaticMethod()
        {
            Console.WriteLine("静态方法");
        }

        void InstanceMethod()
        {
            Console.WriteLine("实例方法");
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            //创建线程（静态方法）
            Thread thread1 = new Thread(new ThreadStart(StaticMethod));
            thread1.Start();

            //创建线程（实例方法）
            Program p = new Program();
            Thread thread2 = new Thread(new ThreadStart(p.InstanceMethod));
            thread2.Start();
            thread2.Join();

            Console.ReadKey();
        }
    }

可以看到C#的线程不仅支持静态方法，也支持对象方法。通过 Start 方法启动线程后，不会等待线程执行完毕，如果需要这么做，可以使用 Join 方法，该方法阻塞直到线程结束。上面的线程是没有传入参数的，你可以通过 ParameterizedThreadStart 传入含有一个Object类型参数的方法，并在使用 Start 方法启动线程时传入参数，例如：

static void MethodWithPara(object obj)
{
    Console.WriteLine(obj);
}

static void Main(string[] args)
{
    //创建线程并传参
    Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(MethodWithPara));
    thread.Start("传参");
}

需要注意的是，由于必须使用Object类型，所以这样传入参数是类型不安全的，更好的办法是自己创建一个类，将线程参数包装为类的属性，线程通过访问类的属性获取数据。

线程的常用操作

• Thread.CurrentThread：静态属性，获取当前运行的线程对象
• Thread.Sleep：静态方法，传入一个毫秒时间，休眠调用该方法的线程

Thread 实例方法：

• Start：启动线程
• Join：（阻塞）等待线程结束
• Suspend：挂起线程
• Resume：恢复挂起的线程
• Interrupt：中断属于 WaitSleepJoin 状态的线程，并且CLR会抛出ThreadInterruptedExecption异常
• Abort：强制销毁线程，并且CLR会抛出ThreadAbortException异常

Thread 实例属性：

• Name：读取或设置线程的名字，用于备注
• isAlive：获取线程的执行状态，当线程已经开始且未正常停止或销毁时，返回真
• State：获取线程的状态（ThreadState），详见ThreadState Enum
• isBackground：读取或设置线程是否为后台线程
• Priority：读取或设置线程的调度优先级（ThreadPriority）

线程的优先级：使用 Priority 属性 （ThreadPriority）指定，所有线程默认为 Normal 优先级，这个优先级决定了操作系统如何在线程之间进行调度，但这是一个期待值，操作系统可能会动态调整线程的优先级（比如用户在程序前台/后台切换时）。

后台线程：使用 isBackground 属性指定，.NET将托管线程分为两类——前台线程和后台线程，它们的唯一区别是，后台线程不保持进程的运行，如果该进程所有前台线程都停止了，那么进程会结束所有后台线程，并结束自身，只有存在至少一个运行的前台线程，进程才会继续运行。默认情况下，主线程和通过 Thread 构造函数创建的线程都是前台线程，而ThreadPool线程和非托管的线程是后台线程。

线程挂起与休眠的区别：从用户的角度来看，这两种状态几乎没有区别，在挂起和休眠状态，线程都不会占用处理器的时间片，即放弃操作系统的线程调度。从编写程序的角度来看，Sleep 总是休眠调用它的线程，这意味着你不能在一个线程中休眠另一个线程，但是 Suspend 可以。另一个区别是休眠的线程会在指定时间结束后自动恢复（但是这个间隔不一定准确，Sleep只是让线程暂时放弃调度，时间结束后重新参与调度，但线程是否立即执行仍取决于操作系统的调度策略），而挂起的线程必须手动恢复。需要注意的是，无论是休眠的线程还是挂起的线程，都会一直持有锁。（实际上 Suspend 方法已经被弃用，因为用它来同步线程状态是不推荐的）

暂停线程：可以使用Sleep方法或者Interrupt方法，如果需要强制停止，可以使用Abort方法。下面是 Interrupt 方法的一个例子：

class StayAwake
{
    bool sleepSwitch = false;
    public bool SleepSwitch
    {
        set { sleepSwitch = value; }
    }
    public StayAwake() { }
    public void ThreadMethod()
    {
        Console.WriteLine("进程开始执行");
        while (!sleepSwitch)
        {
            //自旋
            Thread.SpinWait(10000000);
        }
        try
        {
            Console.WriteLine("进程即将休眠");
            Thread.Sleep(Timeout.Infinite);
        }
        catch (ThreadInterruptedException e)
        {
            Console.WriteLine("休眠被中断");
        }
        Console.WriteLine("线程继续执行");
    }
}

public class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        StayAwake stayAwake = new StayAwake();
        Thread thread = new Thread(stayAwake.ThreadMethod);
        thread.Start();
        thread.Interrupt();
        stayAwake.SleepSwitch = true;
        thread.Join();
        Console.ReadKey();
    }
}

托管线程 vs 系统线程

.NET 的托管线程和操作系统的线程（例如使用WIN32 API操作的线程）是不一样的，托管代码在托管线程中执行，而托管线程是在CLR虚拟机上执行的，即托管线程实际上是CLR虚拟机对操作系统线程的再一次抽象，在Windows平台，它的内部实际上也是对WIN32 API的封装。

创建一个 Thread 对象，实际上就创建了一个托管线程，但是托管线程和系统线程并不一定是一对一的关系。例如当托管线程未启动时，操作系统显然没有执行任何新的线程，而即便是托管线程处于执行状态，从原则上也不保证它对应某一个特定的系统线程（即便大部分情况下是这样），因为.NET允许一个托管线程在多个系统线程进行切换。

这就是为什么托管线程对象并没有提供诸如线程句柄或者线程ID等WIN32的线程属性，而是提供了 ManagedThreadId 属性，为托管线程实例指定一个唯一的标识符，所谓的前台/后台线程也是.NET自己设定的概念。当然，.NET也允许外部的非托管线程（通过COM）进入托管环境。

关于WIN32 API与CLR托管线程的映射如下：

在CLR虚拟机，还允许着几种特殊的托管线程供CLR自己使用：

• Finalizer Thread：用于对象的终结和回收。
• GC Thread：用于垃圾回收（GC）。
• Debug Thread：用于调试。
• AppDomain-Unload Thread：用于AppDomain相关。
• ThreadPool Threads：内部维护的一个快速线程池，用于.NET的异步、IO读取等。

可以看出，在CLR，即便是单线程程序，它的运行也需要上述这些线程来维护。