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C#的多线程机制探索

注：本文中出现的代码均在.net Framework RC3 环境中运行通过

一.多线程的概念

　　Windows 是一个多任务的系统，如果你使用的是 windows 2000 及其以上版本，你

可以通过任务管理器查看当前系统运行的程序和进程。什么是进程呢？当一个程序开始

运行时，它就是一个进程，进程所指包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资

源。而一个进程又是由多个线程所组成的，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。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。浏览器就是一个很好的多线程的例子,在浏览器中你可以在下载 JAVA 小

应用程序或图象的同时滚动页面,在访问新页面时,播放动画和声音,打印文件等。

　　多线程的好处在于可以提高 CPU 的利用率——任何一个程序员都不希望自己的程

序很多时候没事可干，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。

　　然而我们也必须认识到线程本身可能影响系统性能的不利方面，以正确使用线程：

• 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，所以需要 CPU 时间跟踪线程

• 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

　　基于以上认识，我们可以一个比喻来加深理解。假设有一个公司，公司里有很多各

司其职的职员，那么我们可以认为这个正常运作的公司就是一个进程，而公司里的职员

就是线程。一个公司至少得有一个职员吧，同理，一个进程至少包含一个线程。在公司

里，你可以一个职员干所有的事，但是效率很显然是高不起来的，一个人的公司也不可

能做大；一个程序中也可以只用一个线程去做事，事实上，一些过时的语言如

fortune,basic 都是如此，但是象一个人的公司一样，效率很低，如果做大程序，效率更

低——事实上现在几乎没有单线程的商业软件。公司的职员越多，老板就得发越多的薪

水给他们，还得耗费大量精力去管理他们，协调他们之间的矛盾和利益；程序也是如此，

线程越多耗费的资源也越多，需要 CPU 时间去跟踪线程，还得解决诸如死锁，同步等

问题。总之，如果你不想你的公司被称为“皮包公司”，你就得多几个员工；如果你不想

让你的程序显得稚气，就在你的程序里引入多线程吧！

　　本文将对 C#编程中的多线程机制进行探讨，通过一些实例解决对线程的控制，多

线程间通讯等问题。为了省去创建 GUI 那些繁琐的步骤，更清晰地逼近线程的本质，

下面所有的程序都是控制台程序，程序最后的 Console.ReadLine()是为了使程序中途停

下来，以便看清楚执行过程中的输出。

　　好了，废话少说，让我们来体验一下多线程的 C#吧！

二.操纵一个线程

　　任何程序在执行时，至少有一个主线程，下面这段小程序可以给读者一个直观的印

象：

//SystemThread.cs

using System;

using System.Threading;

namespace ThreadTest

{

class RunIt

{

[STAThread]

static void Main(string[] args)

{

Thread.CurrentThread.Name="System Thread";//给当前线程起名为"System

Thread"

Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"'Status:"+Thread.CurrentThread.ThreadState);

Console.ReadLine();

}

　　编译执行后你看到了什么？是的，程序将产生如下输出：

System Thread's Status:Running 　　

　　在这里，我们通过 Thread 类的静态属性 CurrentThread 获取了当前执行的线程，

对其 Name 属性赋值“System Thread”，最后还输出了它的当前状态（ThreadState）。

所谓静态属性，就是这个类所有对象所公有的属性，不管你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。

　　就像上面程序所演示的，我们通过 Thread 类来创建和控制线程。注意到程序的头

部，我们使用了如下命名空间：

using System;　　

using System.Threa　　 ding;

　　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 命名空间中的。其中提供 Thread 类用于创建线程，ThreadPool 类

用于管理线程池等等，此外还提供解决了线程执行安排，死锁，线程间通讯等实际问题

的机制。如果你想在你的应用程序中使用多线程，就必须包含这个类。Thread 类有几

个至关重要的方法，描述如下：

• Start():启动线程

• Sleep(int):静态方法，暂停当前线程指定的毫秒数

• Abort():通常使用该方法来终止一个线程

• Suspend()：该方法并不终止未完成的线程，它仅仅挂起线程，以后还可恢复。

• Resume():恢复被 Suspend()方法挂起的线程的执行

下面我们就动手来创建一个线程，使用 Thread 类创建线程时，只需提供线程入口即可。

线程入口使程序知道该让这个线程干什么事，在 C#中，线程入口是通过 ThreadStart

代理（delegate）来提供的，你可以把 ThreadStart 理解为一个函数指针，指向线程要

执行的函数，当调用 Thread.Start()方法后，线程就开始执行 ThreadStart 所代表或者说

指向的函数。

　　打开你的 VS.net，新建一个控制台应用程序（Console Application），下面这些代

码将让你体味到完全控制一个线程的无穷乐趣！

//ThreadTest.cs 　　

using System;　　

using System.Threading; 　　

namespace ThreadTest　　

{　　

public class Alpha

{

public void Beta()

{

while (true)

{

Console.WriteLine("Alpha.Beta is running in its own thread.");

}

};

public class Simple

{

public static int Main()

{

Console.WriteLine("Thread Start/Stop/Join Sample");

Alpha oAlpha = new Alpha();

file://这里创建一个线程，使之执行 Alpha 类的 Beta()方法

Thread oThread = new Thread(new ThreadStart(oAlpha.Beta));

oThread.Start();

while (!oThread.IsAlive);

Thread.Sleep(1);　　

oThread.Abort();

oThread.Join();

Console.WriteLine();

Console.WriteLine("Alpha.Beta has finished");

try

{

Console.WriteLine("Try to restart the Alpha.Beta thread");

oThread.Start();

}

catch (ThreadStateException)

{

Console.Write("ThreadStateException trying to restart

Alpha.Beta. ");

Console.WriteLine("Expected since aborted threads cannot be

restarted.");

Console.ReadLine();

}

return 0;

}

　　这段程序包含两个类 Alpha 和 Simple，在创建线程 oThread 时我们用指向

Alpha.Beta()方法的初始化了 ThreadStart 代理（delegate）对象，当我们创建的线程

oThread 调用 oThread.Start()方法启动时，实际上程序运行的是 Alpha.Beta()方法：

Alpha oAlpha = new Alpha();　　

Thread oThread = new Thread(new ThreadStart(oAlpha.Beta));

oThread.Start();

　　然后在 Main()函数的 while 循环中，我们使用静态方法 Thread.Sleep()让主线程停

了 1ms，这段时间 CPU 转向执行线程 oThread。然后我们试图用 Thread.Abort()方法

终止线程 oThread，注意后面的 oThread.Join()，Thread.Join()方法使主线程等待，直

到 oThread 线程结束。你可以给 Thread.Join()方法指定一个 int 型的参数作为等待的最

长时间。之后，我们试图用 Thread.Start()方法重新启动线程 oThread，但是显然 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。

　　程序最后得到的结果将如下图：

在这里我们要注意的是其它线程都是依附于 Main()函数所在的线程的，Main()函数是

C#程序的入口，起始线程可以称之为主线程，如果所有的前台线程都停止了，那么主

线程可以终止，而所有的后台线程都将无条件终止。而所有的线程虽然在微观上是串行

执行的，但是在宏观上你完全可以认为它们在并行执行。

　　读者一定注意到了 Thread.ThreadState 这个属性，这个属性代表了线程运行时状

态，在不同的情况下有不同的值，于是我们有时候可以通过对该值的判断来设计程序流

程。ThreadState 在各种情况下的可能取值如下：

• Aborted：线程已停止

• AbortRequested：线程的 Thread.Abort()方法已被调用，但是线程还未停止

• Background：线程在后台执行，与属性 Thread.IsBackground 有关

• Running：线程正在正常运行

• Stopped：线程已经被停止

• StopRequested：线程正在被要求停止

• Suspended：线程已经被挂起（此状态下，可以通过调用 Resume()方法重新运

行）

• SuspendRequested：线程正在要求被挂起，但是未来得及响应

• Unstarted：未调用 Thread.Start()开始线程的运行

• WaitSleepJoin：线程因为调用了 Wait(),Sleep()或 Join()等方法处于封锁状态

　　上面提到了 Background 状态表示该线程在后台运行，那么后台运行的线程有什么

特别的地方呢？其实后台线程跟前台线程只有一个区别，那就是后台线程不妨碍程序的

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