C#的多線程（2）——機制探索

注：本文中出現的代碼均在.net Framework RC3環境中運作通過

　　一.多線程的概念

　　Windows是一個多任務的系統，如果你使用的是windows 2000及 其以上版本，你可以通過任務管理器檢視目前系統運作的程式和程序。什麼是程序呢？當一個程式開始運作時，它就是一個程序，程序所指包括運作中的程式和程式 所使用到的記憶體和系統資源。而一個程序又是由多個線程所組成的，線程是程式中的一個執行流，每個線程都有自己的專有寄存器(棧指針、程式計數器等)，但代碼區是共享的，即不同的線程可以執行同樣的函數。多線程是指程式中包含多個執行流，即在一個程式中可以同時運作多個不同的線程來執行不同的任務，也就是說允許單個程式建立多個并行執行的線程來完成各自的任務。浏覽器就是一個很好的多線程的例子,在浏覽器中你可以在下載下傳JAVA小應用程式或圖象的同時滾動頁面,在通路新頁面時,播放動畫和聲音,列印檔案等。

　　多線程的好處在于可以提高CPU的使用率——任何一個程式員都不希望自己的程式很多時候沒事可幹，在多線程程式中，一個線程必須等待的時候，CPU可以運作其它的線程而不是等待，這樣就大大提高了程式的效率。

　　然而我們也必須認識到線程本身可能影響系統性能的不利方面，以正确使用線程：

線程也是程式，是以線程需要占用記憶體，線程越多占用記憶體也越多

多線程需要協調和管理，是以需要CPU時間跟蹤線程

線程之間對共享資源的通路會互相影響，必須解決競用共享資源的問題

線程太多會導緻控制太複雜，最終可能造成很多Bug

　　基 于以上認識，我們可以一個比喻來加深了解。假設有一個公司，公司裡有很多各司其職的職員，那麼我們可以認為這個正常運作的公司就是一個程序，而公司裡的職 員就是線程。一個公司至少得有一個職員吧，同理，一個程序至少包含一個線程。在公司裡，你可以一個職員幹所有的事，但是效率很顯然是高不起來的，一個人的 公司也不可能做大；一個程式中也可以隻用一個線程去做事，事實上，一些過時的語言如fortune,basic都是如此，但是象一個人的公司一樣，效率很低，如果做大程式，效率更低——事實上現在幾乎沒有單線程的商業軟體。公司的職員越多，老闆就得發越多的薪水給他們，還得耗費大量精力去管理他們，協調他們之間的沖突和利益；程式也是如此，線程越多耗費的資源也越多，需要CPU時間去跟蹤線程，還得解決諸如死鎖，同步等問題。總之，如果你不想你的公司被稱為“皮包公司”，你就得多幾個員工；如果你不想讓你的程式顯得稚氣，就在你的程式裡引入多線程吧！

　　本文将對C#程式設計中的多線程機制進行探讨，通過一些執行個體解決對線程的控制，多線程間通訊等問題。為了省去建立GUI那些繁瑣的步驟，更清晰地逼近線程的本質，下面所有的程式都是控制台程式，程式最後的Console.ReadLine()是為了使程式中途停下來，以便看清楚執行過程中的輸出。

　　好了，廢話少說，讓我們來體驗一下多線程的C#吧！

　　二.操縱一個線程

　　任何程式在執行時，至少有一個主線程，下面這段小程式可以給讀者一個直覺的印象：

//SystemThread.cs

using System;

using System.Threading;

namespace ThreadTest

{

　　class RunIt

　　{

　　　　[STAThread]

　　　　static void Main(string[] args)

　　　　{

　　　　　　Thread.CurrentThread.Name="System Thread";//給目前線程起名為"System Thread"

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

　　　　　　Console.ReadLine();

　　　　}

　　}

}

　　編譯執行後你看到了什麼？是的，程式将産生如下輸出：

　　System Thread's Status:Running

　　在這裡，我們通過Thread類的靜态屬性CurrentThread擷取了目前執行的線程，對其Name屬性指派“System Thread”，最後還輸出了它的目前狀态（ThreadState）。所謂靜态屬性，就是這個類所有對象所公有的屬性，不管你建立了多少個這個類的執行個體，但是類的靜态屬性在記憶體中隻有一個。很容易了解CurrentThread為什麼是靜态的——雖然有多個線程同時存在，但是在某一個時刻，CPU隻能執行其中一個。

　　就像上面程式所示範的，我們通過Thread類來建立和控制線程。注意到程式的頭部，我們使用了如下命名空間：

　　using System;

　　using System.Threading;

　　在.net framework class library中，所有與多線程機制應用相關的類都是放在System.Threading命名空間中的。其中提供Thread類用于建立線程，ThreadPool類用于管理線程池等等，此外還提供解決了線程執行安排，死鎖，線程間通訊等實際問題的機制。如果你想在你的應用程式中使用多線程，就必須包含這個類。Thread類有幾個至關重要的方法，描述如下：

Start():啟動線程

Sleep(int):靜态方法，暫停目前線程指定的毫秒數

Abort():通常使用該方法來終止一個線程

Suspend()：該方法并不終止未完成的線程，它僅僅挂起線程，以後還可恢複。

Resume():恢複被Suspend()方法挂起的線程的執行

1

下面我們就動手來建立一個線程，使用Thread類建立線程時，隻需提供線程入口即可。線程入口使程式知道該讓這個線程幹什麼事，在C#中，線程入口是通過ThreadStart代理（delegate）來提供的，你可以把ThreadStart了解為一個函數指針，指向線程要執行的函數，當調用Thread.Start()方法後，線程就開始執行ThreadStart所代表或者說指向的函數。

　　打開你的VS.net，建立一個控制台應用程式（Console Application），下面這些代碼将讓你體味到完全控制一個線程的無窮樂趣！

　　//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://這裡建立一個線程，使之執行Alpha類的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;

　　這段程式包含兩個類Alpha和Simple，在建立線程oThread時我們用指向Alpha.Beta()方法的初始化了ThreadStart代理（delegate）對象，當我們建立的線程oThread調用oThread.Start()方法啟動時，實際上程式運作的是Alpha.Beta()方法：

　　Alpha oAlpha = new Alpha();

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

　　oThread.Start();

　　然後在Main()函數的while循環中，我們使用靜态方法Thread.Sleep()讓主線程停了1ms，這段時間CPU轉向執行線程oThread。然後我們試圖用Thread.Abort()方法終止線程oThread，注意後面的oThread.Join()，Thread.Join()方法使主線程等待，直到oThread線程結束。你可以給Thread.Join()方法指定一個int型的參數作為等待的最長時間。之後，我們試圖用Thread.Start()方法重新啟動線程oThread，但是顯然Abort()方法帶來的後果是不可恢複的終止線程，是以最後程式會抛出ThreadStateException異常。

　　程式最後得到的結果将如下圖：

在這裡我們要注意的是其它線程都是依附于Main()函數所在的線程的，Main()函數是C#程式的入口，起始線程可以稱之為主線程，如果所有的前台線程都停止了，那麼主線程可以終止，而所有的背景線程都将無條件終止。而所有的線程雖然在微觀上是串行執行的，但是在宏觀上你完全可以認為它們在并行執行。

　　讀者一定注意到了Thread.ThreadState這個屬性，這個屬性代表了線程運作時狀态，在不同的情況下有不同的值，于是我們有時候可以通過對該值的判斷來設計程式流程。ThreadState在各種情況下的可能取值如下：

Aborted：線程已停止

AbortRequested：線程的Thread.Abort()方法已被調用，但是線程還未停止

Background：線程在背景執行，與屬性Thread.IsBackground有關

Running：線程正在正常運作

Stopped：線程已經被停止

StopRequested：線程正在被要求停止

Suspended：線程已經被挂起（此狀态下，可以通過調用Resume()方法重新運作）

SuspendRequested：線程正在要求被挂起，但是未來得及響應

Unstarted：未調用Thread.Start()開始線程的運作

WaitSleepJoin：線程因為調用了Wait(),Sleep()或Join()等方法處于封鎖狀态

　　上面提到了Background狀态表示該線程在背景運作，那麼背景運作的線程有什麼特别的地方呢？其實背景線程跟前台線程隻有一個差別，那就是背景線程不妨礙程式的終止。一旦一個程序所有的前台線程都終止後，CLR（通用語言運作環境）将通過調用任意一個存活中的背景程序的Abort()方法來徹底終止程序。

　　當線程之間争奪CPU時間時，CPU按照是線程的優先級給予服務的。在C#應用程式中，使用者可以設定5個不同的優先級，由高到低分别是Highest，AboveNormal，Normal，BelowNormal，Lowest，在建立線程時如果不指定優先級，那麼系統預設為ThreadPriority.Normal。給一個線程指定優先級

，我們可以使用如下代碼：

　　//設定優先級為最低

　　myThread.Priority=ThreadPriority.Lowest;

　　通過設定線程的優先級，我們可以安排一些相對重要的線程優先執行，例如對使用者的響應等等。

　　現在我們對怎樣建立和控制一個線程已經有了一個初步的了解，下面我們将深入研究線程實作中比較典型的的問題，并且探讨其解決方法。

　　三.線程的同步和通訊——生産者和消費者

　　假 設這樣一種情況，兩個線程同時維護一個隊列，如果一個線程對隊列中添加元素，而另外一個線程從隊列中取用元素，那麼我們稱添加元素的線程為生産者，稱取用 元素的線程為消費者。生産者與消費者問題看起來很簡單，但是卻是多線程應用中一個必須解決的問題，它涉及到線程之間的同步和通訊問題。

　　前面說過，每個線程都有自己的資源，但是代碼區是共享的，即每個線程都可以執行相同的函數。但是多線程環境下，可能帶來的問題就是幾個線程同時執行一個函數，導緻資料的混亂，産生不可預料的結果，是以我們必須避免這種情況的發生。C#提供了一個關鍵字lock，它可以把一段代碼定義為互斥段（critical section），互斥段在一個時刻内隻允許一個線程進入執行，而其他線程必須等待。在C#中，關鍵字lock定義如下：

　　lock(expression) statement_block

expression代表你希望跟蹤的對象，通常是對象引用。一般地，如果你想保護一個類的執行個體，你可以使用this；如果你希望保護一個靜态變量（如互斥代碼段在一個靜态方法内部），一般使用類名就可以了。而statement_block就是互斥段的代碼，這段代碼在一個時刻内隻可能被一個線程執行。

　　下面是一個使用lock關鍵字的典型例子，我将在注釋裡向大家說明lock關鍵字的用法和用途：

　　//lock.cs

　　internal class Account

　　int balance;

　　Random r = new Random();

　　internal Account(int initial)

　　　　balance = initial;

　　internal int Withdraw(int amount)

　　　　if (balance < 0)

　　　　file://如果balance小于0則抛出異常

　　　　throw new Exception("Negative Balance");

　　　　//下面的代碼保證在目前線程修改balance的值完成之前

　　　　//不會有其他線程也執行這段代碼來修改balance的值

　　　　//是以，balance的值是不可能小于0的

　　　　lock (this)

　　　　Console.WriteLine("Current Thread:"+Thread.CurrentThread.Name);

　　　　file://如果沒有lock關鍵字的保護，那麼可能在執行完if的條件判斷之後

　　　　file://另外一個線程卻執行了balance=balance-amount修改了balance的值

　　　　file://而這個修改對這個線程是不可見的，是以可能導緻這時if的條件已經不成立了

　　　　file://但是，這個線程卻繼續執行balance=balance-amount，是以導緻balance可能小于0

　　　　if (balance >= amount)

　　　　　　Thread.Sleep(5);

　　　　　　balance = balance - amount;

　　　　　　return amount;

　　　　else

　　　　　　return 0; // transaction rejected

　　internal void DoTransactions()

　　　　for (int i = 0; i < 100; i++)

　　　　Withdraw(r.Next(-50, 100));

　　internal class Test

　　static internal Thread[] threads = new Thread[10];

　　public static void Main()

　　　　Account acc = new Account (0);

　　　　for (int i = 0; i < 10; i++)

　　　　Thread t = new Thread(new ThreadStart(acc.DoTransactions));

　　　　threads[i] = t;

　　　　threads[i].Name=i.ToString();

　　　　threads[i].Start();

　　　　Console.ReadLine();

　　而多線程公用一個對象時，也會出現和公用代碼類似的問題，這種問題就不應該使用lock關鍵字了，這裡需要用到System.Threading中的一個類Monitor，我們可以稱之為螢幕，Monitor提供了使線程共享資源的方案。

　　Monitor類可以鎖定一個對象，一個線程隻有得到這把鎖才可以對該對象進行操作。對象鎖機制保證了在可能引起混亂的情況下一個時刻隻有一個線程可以通路這個對象。Monitor必須和一個具體的對象相關聯，但是由于它是一個靜态的類，是以不能使用它來定義對象，而且它的所有方法都是靜态的，不能使用對象來引用。下面代碼說明了使用Monitor鎖定一個對象的情形：

　　......

　　Queue oQueue=new Queue();

　　Monitor.Enter(oQueue);

　　......//現在oQueue對象隻能被目前線程操縱了

　　Monitor.Exit(oQueue);//釋放鎖

　　如上所示，當一個線程調用Monitor.Enter()方法鎖定一個對象時，這個對象就歸它所有了，其它線程想要通路這個對象，隻有等待它使用Monitor.Exit()方法釋放鎖。為了保證線程最終都能釋放鎖，你可以把Monitor.Exit()方法寫在try-catch-finally結構中的finally代碼塊裡。對于任何一個被Monitor鎖定的對象，記憶體中都儲存着與它相關的一些資訊，其一是現在持有鎖的線程的引用，其二是一個預備隊列，隊列中儲存了已經準備好擷取鎖的線程，其三是一個等待隊列，隊列中儲存着目前正在等待這個對象狀态改變的隊列的引用。當擁有對象鎖的線程準備釋放鎖時，它使用Monitor.Pulse()方法通知等待隊列中的第一個線程，于是該線程被轉移到預備隊列中，當對象鎖被釋放時，在預備隊列中的線程可以立即獲得對象鎖。

　　下面是一個展示如何使用lock關鍵字和Monitor類來實作線程的同步和通訊的例子，也是一個典型的生産者與消費者問題。這個例程中，生産者線程和消費者線程是交替進行的，生産者寫入一個數，消費者立即讀取并且顯示，我将在注釋中介紹該程式的精要所在。用到的系統命名空間如下：

　　using System;

首先，我們定義一個被操作的對象的類Cell，在這個類裡，有兩個方法：ReadFromCell()和WriteToCell。消費者線程将調用ReadFromCell()讀取cellContents的内容并且顯示出來，生産者程序将調用WriteToCell()方法向cellContents寫入資料。

　　public class Cell

　　int cellContents; // Cell對象裡邊的内容

　　bool readerFlag = false; // 狀态标志，為true時可以讀取，為false則正在寫入

　　public int ReadFromCell( )

　　　　lock(this) // Lock關鍵字保證了什麼，請大家看前面對lock的介紹

　　　　if (!readerFlag)//如果現在不可讀取

　　　　　　try

　　　　　　file://等待WriteToCell方法中調用Monitor.Pulse()方法

　　　　　　Monitor.Wait(this);

　　　　　　catch (SynchronizationLockException e)

　　　　　　Console.WriteLine(e);

　　　　　　catch (ThreadInterruptedException e)

　　　　Console.WriteLine("Consume: {0}",cellContents);

　　　　readerFlag = false; file://重置readerFlag标志，表示消費行為已經完成

　　　　Monitor.Pulse(this); file://通知WriteToCell()方法（該方法在另外一個線程中執行，等待中）

　　　　return cellContents;

　　public void WriteToCell(int n)

　　　　lock(this)

　　　　if (readerFlag)

　　　　　　catch (SynchronizationLockException e)

　　　　　　file://當同步方法（指Monitor類除Enter之外的方法）在非同步的代碼區被調用

　　　　　　file://當線程在等待狀态的時候中止

　　　　cellContents = n;

　　　　Console.WriteLine("Produce: {0}",cellContents);

　　　　readerFlag = true;

　　　　Monitor.Pulse(this); file://通知另外一個線程中正在等待的ReadFromCell()方法

　　下面定義生産者CellProd和消費者類CellCons，它們都隻有一個方法ThreadRun()，以便在Main()函數中提供給線程的ThreadStart代理對象，作為線程的入口。

　　public class CellProd

　　Cell cell; // 被操作的Cell對象

　　int quantity = 1; // 生産者生産次數，初始化為1

　　public CellProd(Cell box, int request)

　　　　//構造函數

　　　　cell = box;

　　　　quantity = request;

　　public void ThreadRun( )

　　　　for(int looper=1; looper<=quantity; looper++)

　　　　cell.WriteToCell(looper); file://生産者向操作對象寫入資訊

　　public class CellCons

　　Cell cell;

　　int quantity = 1;

　　public CellCons(Cell box, int request)

　　　　int valReturned;

　　　　valReturned=cell.ReadFromCell( );//消費者從操作對象中讀取資訊

然後在下面這個類MonitorSample的Main()函數中我們要做的就是建立兩個線程分别作為生産者和消費者，使用CellProd.ThreadRun()方法和CellCons.ThreadRun()方法對同一個Cell對象進行操作。

　　public class MonitorSample

　　public static void Main(String[] args)

　　　　int result = 0; file://一個标志位，如果是0表示程式沒有出錯，如果是1表明有錯誤發生

　　　　Cell cell = new Cell( );

　　　　//下面使用cell初始化CellProd和CellCons兩個類，生産和消費次數均為20次

　　　　CellProd prod = new CellProd(cell, 20);

　　　　CellCons cons = new CellCons(cell, 20);

　　　　Thread producer = new Thread(new ThreadStart(prod.ThreadRun));

　　　　Thread consumer = new Thread(new ThreadStart(cons.ThreadRun));

　　　　//生産者線程和消費者線程都已經被建立，但是沒有開始執行

　　　　try

　　　　producer.Start( );

　　　　consumer.Start( );

　　　　producer.Join( );

　　　　consumer.Join( );

　　　　catch (ThreadStateException e)

　　　　file://當線程因為所處狀态的原因而不能執行被請求的操作

　　　　Console.WriteLine(e);

　　　　result = 1;

　　　　catch (ThreadInterruptedException e)

　　　　file://當線程在等待狀态的時候中止

　　　　//盡管Main()函數沒有傳回值，但下面這條語句可以向父程序傳回執行結果

　　　　Environment.ExitCode = result;

大家可以看到，在上面的例程中，同步是通過等待Monitor.Pulse()來完成的。首先生産者生産了一個值，而同一時刻消費者處于等待狀态，直到收到生産者的“脈沖(Pulse)”通知它生産已經完成，此後消費者進入消費狀态，而生産者開始等待消費者完成操作後将調用Monitor.Pulese()發出的“脈沖”。它的執行結果很簡單：

　　Produce: 1

　　Consume: 1

　　Produce: 2

　　Consume: 2

　　Produce: 3

　　Consume: 3

　　...

　　Produce: 20

　　Consume: 20

　　事實上，這個簡單的例子已經幫助我們解決了多線程應用程式中可能出現的大問題，隻要領悟了解決線程間沖突的基本方法，很容易把它應用到比較複雜的程式中去。

　　四、線程池和定時器——多線程的自動管理

　　在多線程的程式中，經常會出現兩種情況。一種情況下，應用程式中的線程把大部分的時間花費在等待狀态，等待某個事件發生，然後才能給予響應；而另外一種情況則是線程平常都處于休眠狀态，隻是周期性地被喚醒。在.net framework裡邊，我們使用ThreadPool來對付第一種情況，使用Timer來對付第二種情況。

　　ThreadPool類提供一個由系統維護的線程池——可以看作一個線程的容器，該容器需要Windows 2000以上版本的系統支援，因為其中某些方法調用了隻有高版本的Windows才有的API函數。你可以使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法将線程安放線上程池裡，該方法的原型如下：

　　//将一個線程放進線程池，該線程的Start()方法将調用WaitCallback代理對象代表的函數

　　public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);

　　//重載的方法如下，參數object将傳遞給WaitCallback所代表的方法

　　public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);

　　要注意的是，ThreadPool類也是一個靜态類，你不能也不必要生成它的對象，而且一旦使用該方法線上程池中添加了一個項目，那麼該項目将是沒有辦法取消的。在這裡你無需自己建立線程，隻需把你要做的工作寫成函數，然後作為參數傳遞給ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了，傳遞的方法就是依靠WaitCallback代理對象，而線程的建立、管理、運作等等工作都是由系統自動完成的，你無須考慮那些複雜的細節問題，線程池的優點也就在這裡展現出來了，就好像你是公司老闆——隻需要安排工作，而不必親自動手。

下面的例程示範了ThreadPool的用法。首先程式建立了一個ManualResetEvent對象，該對象就像一個信号燈，可以利用它的信号來通知其它線程，本例中當線程池中所有線程工作都完成以後，ManualResetEvent的對象将被設定為有信号，進而通知主線程繼續運作。它有幾個重要的方法：Reset()，Set()，WaitOne()。初始化該對象時，使用者可以指定其預設的狀态（有信号/無信号），在初始化以後，該對象将保持原來的狀态不變直到它的Reset()或者Set()方法被調用，Reset()方法将其設定為無信号狀态，Set()方法将其設定為有信号狀态。WaitOne()方法使目前線程挂起直到ManualResetEvent對象處于有信号狀态，此時該線程将被激活。然後，程式将向線程池中添加工作項，這些以函數形式提供的工作項被系統用來初始化自動建立的線程。當所有的線程都運作完了以後，ManualResetEvent.Set()方法被調用，因為調用了ManualResetEvent.WaitOne()方法而處在等待狀态的主線程将接收到這個信号，于是它接着往下執行，完成後邊的工作。

　　using System.Collections;

　　//這是用來儲存資訊的資料結構，将作為參數被傳遞

　　public class SomeState

　　public int Cookie;

　　public SomeState(int iCookie)

　　　　Cookie = iCookie;

　　public Hashtable HashCount;

　　public ManualResetEvent eventX;

　　public static int iCount = 0;

　　public static int iMaxCount = 0;

　　public Alpha(int MaxCount)

　　　　HashCount = new Hashtable(MaxCount);

　　　　iMaxCount = MaxCount;

　　file://線程池裡的線程将調用Beta()方法

　　public void Beta(Object state)

　　　　//輸出目前線程的hash編碼值和Cookie的值

　　　　Console.WriteLine(" {0} {1} :", Thread.CurrentThread.GetHashCode(),

　　　　((SomeState)state).Cookie);

　　　　Console.WriteLine("HashCount.Count=={0}, Thread.CurrentThread.GetHashCode()=={1}", HashCount.Count, Thread.CurrentThread.GetHashCode());

　　　　lock (HashCount)

　　　　file://如果目前的Hash表中沒有目前線程的Hash值，則添加之

　　　　if (!HashCount.ContainsKey(Thread.CurrentThread.GetHashCode()))

　　　　　　HashCount.Add (Thread.CurrentThread.GetHashCode(), 0);

　　　　HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()] =

((int)HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()])+1;

　　　　int iX = 2000;

　　　　Thread.Sleep(iX);

　　　　//Interlocked.Increment()操作是一個原子操作，具體請看下面說明

　　　　Interlocked.Increment(ref iCount);

　　　　if (iCount == iMaxCount)

　　　　Console.WriteLine();

　　　　Console.WriteLine("Setting eventX ");

　　　　eventX.Set();

　　public class SimplePool

　　public static int Main(string[] args)

　　　　Console.WriteLine("Thread Pool Sample:");

　　　　bool W2K = false;

　　　　int MaxCount = 10;//允許線程池中運作最多10個線程

　　　　//建立ManualResetEvent對象并且初始化為無信号狀态

　　　　ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);

　　　　Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);

　　　　Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount); file://建立工作項

　　　　//注意初始化oAlpha對象的eventX屬性

　　　　oAlpha.eventX = eventX;

　　　　Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");

　　　　file://将工作項裝入線程池

　　　　file://這裡要用到Windows 2000以上版本才有的API，是以可能出現NotSupportException異常

　　　　ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta),

　　　　new SomeState(0));

　　　　W2K = true;

　　　　catch (NotSupportedException)

　　　　Console.WriteLine("These API's may fail when called on a non-Windows 2000 system.");

　　　　W2K = false;

　　　　if (W2K)//如果目前系統支援ThreadPool的方法.

　　　　for (int iItem=1;iItem < MaxCount;iItem++)

　　　　　　//插入隊列元素

　　　　　　Console.WriteLine("Queue to Thread Pool {0}", iItem);

　　　　　　ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta),new SomeState(iItem));

　　　　Console.WriteLine("Waiting for Thread Pool to drain");

　　　　file://等待事件的完成，即線程調用ManualResetEvent.Set()方法

　　　　eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true);

　　　　file://WaitOne()方法使調用它的線程等待直到eventX.Set()方法被調用

　　　　Console.WriteLine("Thread Pool has been drained (Event fired)");

　　　　Console.WriteLine("Load across threads");

　　　　foreach(object o in oAlpha.HashCount.Keys)

　　　　Console.WriteLine("{0} {1}", o, oAlpha.HashCount[o]);

　　　　return 0;

　　程式中有些小地方應該引起我們的注意。SomeState類是一個儲存資訊的資料結構，在上面的程式中，它作為參數被傳遞給每一個線程，你很容易就能了解這個，因為你需要把一些有用的資訊封裝起來提供給線程，而這種方式是非常有效的。程式出現的InterLocked類也是專為多線程程式而存在的，它提供了一些有用的原子操作，所謂原子操作就是在多線程程式中，如果這個線程調用這個操作修改一個變量，那麼其他線程就不能修改這個變量了，這跟lock關鍵字在本質上是一樣的。

　　我們應該徹底地分析上面的程式，把握住線程池的本質，了解它存在的意義是什麼，這樣我們才能得心應手地使用它。下面是該程式的輸出結果：

　　Thread Pool Sample:

　　Queuing 10 items to Thread Pool

　　Queue to Thread Pool 0

　　Queue to Thread Pool 1

　　Queue to Thread Pool 9

　　Waiting for Thread Pool to drain

　　98 0 :

　　HashCount.Count==0, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==98

　　100 1 :

　　HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==100

　　98 2 :

　　Setting eventX

　　Thread Pool has been drained (Event fired)

　　Load across threads

　　101 2

　　100 3

　　98 4

　　102 1

　　與ThreadPool類不同，Timer類的作用是設定一個定時器，定時執行使用者指定的函數，而這個函數的傳遞是靠另外一個代理對象TimerCallback，它必須在建立Timer對象時就指定，并且不能更改。定時器啟動後，系統将自動建立一個新的線程，并且在這個線程裡執行使用者指定的函數。下面的語句初始化了一個Timer對象：

　　Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);

　　第一個參數指定了TimerCallback代理對象；第二個參數的意義跟上面提到的WaitCallback代理對象的一樣，作為一個傳遞資料的對象傳遞給要調用的方法；第三個參數是延遲時間——計時開始的時刻距現在的時間，機關是毫秒；第四個參數是定時器的時間間隔——計時開始以後，每隔這麼長的一段時間，TimerCallback所代表的方法将被調用一次，機關也是毫秒。這句話的意思就是将定時器的延遲時間和時間間隔都設為1秒鐘。

　　定時器的設定是可以改變的，隻要調用Timer.Change()方法，這是一個參數類型重載的方法，一般使用的原型如下：

　　 public bool Change(long, long);

　　下面這段代碼将前邊設定的定時器修改了一下：

　　 timer.Change(10000,2000);

　　很顯然，定時器timer的時間間隔被重新設定為2秒，停止計時10秒後生效。

　　下面這段程式示範了Timer類的用法。

　　class TimerExampleState

　　public int counter = 0;

　　public Timer tmr;

　　class App

　　　　TimerExampleState s = new TimerExampleState();

　　　　//建立代理對象TimerCallback，該代理将被定時調用

　　　　TimerCallback timerDelegate = new TimerCallback(CheckStatus);

　　　　//建立一個時間間隔為1s的定時器

　　　　Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);

　　　　s.tmr = timer;

　　　　//主線程停下來等待Timer對象的終止

　　　　while(s.tmr != null)

　　　　Thread.Sleep(0);

　　　　Console.WriteLine("Timer example done.");

　　file://下面是被定時調用的方法

　　static void CheckStatus(Object state)

　　　　TimerExampleState s =(TimerExampleState)state;

　　　　s.counter++;

　　　　Console.WriteLine("{0} Checking Status {1}.",DateTime.Now.TimeOfDay, s.counter);

　　　　if(s.counter == 5)

　　　　file://使用Change方法改變了時間間隔

　　　　(s.tmr).Change(10000,2000);

　　　　Console.WriteLine("changed...");

　　　　if(s.counter == 10)

　　　　Console.WriteLine("disposing of timer...");

　　　　s.tmr.Dispose();

　　　　s.tmr = null;

　　程式首先建立了一個定時器，它将在建立1秒之後開始每隔1秒調用一次CheckStatus()方法，當調用5次以後，在CheckStatus()方法中修改了時間間隔為2秒，并且指定在10秒後重新開始。當計數達到10次，調用Timer.Dispose()方法删除了timer對象，主線程于是跳出循環，終止程式。程式執行的結果如下：

　　上面就是對ThreadPool和Timer兩個類的簡單介紹，充分利用系統提供的功能，可以為我們省去很多時間和精力——特别是對很容易出錯的多線程程式。同時我們也可以看到.net Framework強大的内置對象，這些将對我們的程式設計帶來莫大的友善。

、互斥對象——更加靈活的同步方式

　　有 時候你會覺得上面介紹的方法好像不夠用，對，我們解決了代碼和資源的同步問題，解決了多線程自動化管理和定時觸發的問題，但是如何控制多個線程互相之間的 聯系呢？例如我要到餐廳吃飯，在吃飯之前我先得等待廚師把飯菜做好，之後我開始吃飯，吃完我還得付款，付款方式可以是現金，也可以是信用卡，付款之後我才 能離開。分析一下這個過程，我吃飯可以看作是主線程，廚師做飯又是一個線程，服務員用信用卡收款和收現金可以看作另外兩個線程，大家可以很清楚地看到其中 的關系——我吃飯必須等待廚師做飯，然後等待兩個收款線程之中任意一個的完成，然後我吃飯這個線程可以執行離開這個步驟，于是我吃飯才算結束了。事實上，現實中有着比這更複雜的聯系，我們怎樣才能很好地控制它們而不産生沖突和重複呢？

　　這種情況下，我們需要用到互斥對象，即System.Threading命名空間中的Mutex類。大家一定坐過計程車吧，事實上我們可以把Mutex看作一個計程車，那麼乘客就是線程了，乘客首先得等車，然後上車，最後下車，當一個乘客在車上時，其他乘客就隻有等他下車以後才可以上車。而線程與Mutex對象的關系也正是如此，線程使用Mutex.WaitOne()方法等待Mutex對象被釋放，如果它等待的Mutex對象被釋放了，它就自動擁有這個對象，直到它調用Mutex.ReleaseMutex()方法釋放這個對象，而在此期間，其他想要擷取這個Mutex對象的線程都隻有等待。

　　下面這個例子使用了Mutex對象來同步四個線程，主線程等待四個線程的結束，而這四個線程的運作又是與兩個Mutex對象相關聯的。其中還用到AutoResetEvent類的對象，如同上面提到的ManualResetEvent對象一樣，大家可以把它簡單地了解為一個信号燈，使用AutoResetEvent.Set()方法可以設定它為有信号狀态，而使用AutoResetEvent.Reset()方法把它設定為無信号狀态。這裡用它的有信号狀态來表示一個線程的結束。

　　// Mutex.cs

　　public class MutexSample

　　static Mutex gM1;

　　static Mutex gM2;

　　const int ITERS = 100;

　　static AutoResetEvent Event1 = new AutoResetEvent(false);

　　static AutoResetEvent Event2 = new AutoResetEvent(false);

　　static AutoResetEvent Event3 = new AutoResetEvent(false);

　　static AutoResetEvent Event4 = new AutoResetEvent(false);

　　　　Console.WriteLine("Mutex Sample ...");

　　　　//建立一個Mutex對象，并且命名為MyMutex

　　　　gM1 = new Mutex(true,"MyMutex");

　　　　//建立一個未命名的Mutex 對象.

　　　　gM2 = new Mutex(true);

　　　　Console.WriteLine(" - Main Owns gM1 and gM2");

　　　　AutoResetEvent[] evs = new AutoResetEvent[4];

　　　　evs[0] = Event1; file://為後面的線程t1,t2,t3,t4定義AutoResetEvent對象

　　　　evs[1] = Event2;

　　　　evs[2] = Event3;

　　　　evs[3] = Event4;

　　　　MutexSample tm = new MutexSample( );

　　　　Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(tm.t1Start));

　　　　Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(tm.t2Start));

　　　　Thread t3 = new Thread(new ThreadStart(tm.t3Start));

　　　　Thread t4 = new Thread(new ThreadStart(tm.t4Start));

　　　　t1.Start( );// 使用Mutex.WaitAll()方法等待一個Mutex數組中的對象全部被釋放

　　　　t2.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM1的釋放

　　　　t3.Start( );// 使用Mutex.WaitAny()方法等待一個Mutex數組中任意一個對象被釋放

　　　　t4.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM2的釋放

　　　　Thread.Sleep(2000);

　　　　Console.WriteLine(" - Main releases gM1");

　　　　gM1.ReleaseMutex( ); file://線程t2,t3結束條件滿足

　　　　Thread.Sleep(1000);

　　　　Console.WriteLine(" - Main releases gM2");

　　　　gM2.ReleaseMutex( ); file://線程t1,t4結束條件滿足

　　　　//等待所有四個線程結束

　　　　WaitHandle.WaitAll(evs);

　　　　Console.WriteLine("... Mutex Sample");

　　public void t1Start( )

　　　　Console.WriteLine("t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])");

　　　　Mutex[] gMs = new Mutex[2];

　　　　gMs[0] = gM1;//建立一個Mutex數組作為Mutex.WaitAll()方法的參數

　　　　gMs[1] = gM2;

　　　　Mutex.WaitAll(gMs);//等待gM1和gM2都被釋放

　　　　Console.WriteLine("t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfied");

　　　　Event1.Set( ); file://線程結束，将Event1設定為有信号狀态

　　public void t2Start( )

　　　　Console.WriteLine("t2Start started, gM1.WaitOne( )");

　　　　gM1.WaitOne( );//等待gM1的釋放

　　　　Console.WriteLine("t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfied");

　　　　Event2.Set( );//線程結束，将Event2設定為有信号狀态

　　public void t3Start( )

　　　　Console.WriteLine("t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])");

　　　　gMs[0] = gM1;//建立一個Mutex數組作為Mutex.WaitAny()方法的參數

　　　　Mutex.WaitAny(gMs);//等待數組中任意一個Mutex對象被釋放

　　　　Console.WriteLine("t3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[])");

　　　　Event3.Set( );//線程結束，将Event3設定為有信号狀态

　　public void t4Start( )

　　　　Console.WriteLine("t4Start started, gM2.WaitOne( )");

　　　　gM2.WaitOne( );//等待gM2被釋放

　　　　Console.WriteLine("t4Start finished, gM2.WaitOne( )");

　　　　Event4.Set( );//線程結束，将Event4設定為有信号狀态

　　下面是該程式的執行結果：

　　從執行結果可以很清楚地看到，線程t2,t3的運作是以gM1的釋放為條件的，而t4在gM2釋放後開始執行，t1則在gM1和gM2都被釋放了之後才執行。Main()函數最後，使用WaitHandle等待所有的AutoResetEvent對象的信号，這些對象的信号代表相應線程的結束。

　　六、小結

　　多線程程式設計是一個龐大的主題，而本文試圖在.net Framework環境下，使用最新的C#語言來描述多線程程式的概貌。希望本文能有助于大家了解線程這種概念，了解多線程的用途，了解它的C#實作方法，了解線程将為我們帶來的好處和麻煩。C#是一種新的語言，是以它的線程機制也有許多獨特的地方，希望大家能通過本文清楚地看到這些，進而可以對線程進行更深入的了解和探索。