線程是操作系統(tǒng)單獨執(zhí)行任務的最小單元，分前臺和后臺，有優(yōu)先級，經(jīng)歷多個狀態(tài)。C#可設置線程優(yōu)先級和類型，控制線程狀態(tài)的方法有Start、Sleep等，但Suspend和Abort已被棄用。多線程編程需通過同步機制控制線程執(zhí)行。

01、什么是線程？

要深刻理解什么是線程，就需要了解計算機的發(fā)展史，需要了解多任務概念，需要了解進程概念，然后才是線程概念。因為我們主要還是講解線程，因此這里就不進行展開說其他概念了，有興趣的可以自行了解下。

簡單來說，線程就是操作系統(tǒng)中能夠單獨執(zhí)行任務的最小單元。

對于大多數(shù)編程語言來說，都有一個或者類似的功能的Main()方法，而該方法中的所有代碼也都是按照順序一行一行的執(zhí)行，如果要想執(zhí)行下一行代碼那么就必須等待上一行代碼執(zhí)行完成。而線程作為能夠單獨執(zhí)行任務的最小單元，因此線程可以使得應用程序的一部分獨立于另外一部分而單獨運行，這也就意味著我們可以改變程序的常規(guī)代碼執(zhí)行順序，從而達到更復雜的程序控制。

對于一個應用程序來說，要想正常運行至少要有一個線程，通常為主線程，也就是上文中提到的Main()方法，當調(diào)用此方法時系統(tǒng)就會自動創(chuàng)建一個主線程。

02、后臺線程和前臺線程

線程可以分為前臺線程和后臺線程，兩者基本完全相同，唯一區(qū)別是前臺線程可以在托管執(zhí)行環(huán)境中一直運行，而后臺線程不可以。簡單來說就是當進程中所有前臺進程都停止后，系統(tǒng)會自動停止并關閉該進程內(nèi)的所有后臺線程。

在C#中可以通過Thread.IsBackground查看當前線程類型，也可以通過該屬性修改線程類型。默認情況下，通過Thread對象新建并啟動的所有線程都是前臺線程。

看如下簡單示例：

public static void CreateThread()
{
    Console.WriteLine($"主線程 是否為后臺線程：{Thread.CurrentThread.IsBackground}");
    var thread1 = new Thread(()=> Console.WriteLine("Hello World"));
    Console.WriteLine($" 線程1 默認為后臺線程：{thread1.IsBackground}");
    thread1.IsBackground = true;
    Console.WriteLine($" 線程1 設置為后臺線程：{thread1.IsBackground}");
    thread1.Start();
}

執(zhí)行效果如下：

03、線程的優(yōu)先級

線程作為操作系統(tǒng)中能夠單獨執(zhí)行任務的最小單元，那么當一個進程中有多個線程時，應該先執(zhí)行那個線程呢？因此線程需要一個標記其執(zhí)行優(yōu)先級的屬性。

在C#中Thread可以通過Priority來設置線程的優(yōu)先級，告訴系統(tǒng)應該先執(zhí)行誰。ThreadPriority有以下5種類型：

• Lowest： 最低優(yōu)先級，在所有優(yōu)先級中最低，在所有線程中可位于最后執(zhí)行。
• BelowNormal： 低于正常優(yōu)先級，在Normal優(yōu)先級之后，在Lowest優(yōu)先級之前。
• Normal： 默認優(yōu)先級，線程默認的優(yōu)先級
• AboveNormal： 高于正常優(yōu)先級，在Highest優(yōu)先級的線程之后，在Normal優(yōu)先級之前。
• Highest： 最高優(yōu)先級，在所有優(yōu)先級中最高，在所有線程中可優(yōu)先執(zhí)行。

下面我們做個簡單的測試，用來驗證優(yōu)先級不同的導致差異。

class ThreadPriorityTest
{
    //是否執(zhí)行，確保一個線程修改此值后，其他線程立刻查看到最新值
    static volatile bool isRun = true;
    //確保每個線程都有獨立的副本存儲計數(shù)統(tǒng)計值
    [ThreadStatic]
    static long threadCount;
    //停止運行
    public void Stop()
    {
        isRun = false;
    }
    //打印線程名稱對應優(yōu)先級以及計數(shù)總數(shù)
    public void Print()
    {
        threadCount = 0;
        while (isRun)
        {
            threadCount++;
        }
        Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 優(yōu)先級為{Thread.CurrentThread.Priority,8} 總執(zhí)行計數(shù)為：{threadCount,-13:N0}");
    }
}
public static void PriorityTest()
{
    var threadPriorityTest = new ThreadPriorityTest();
    //創(chuàng)建3個線程，并設置優(yōu)先級
    var thread1 = new Thread(threadPriorityTest.Print)
    {
        Name = "線程1"
    };
    var thread2 = new Thread(threadPriorityTest.Print)
    {
        Name = "線程2",
        Priority = ThreadPriority.Lowest
    };
    var thread3 = new Thread(threadPriorityTest.Print)
    {
        Name = "線程3",
        Priority = ThreadPriority.Highest
    };
    //啟動3個線程
    thread1.Start();
    thread2.Start();
    thread3.Start();
    //休眠3秒
    Thread.Sleep(10000);
    //停止運行
    threadPriorityTest.Stop();
    //等待所有線程完成
    thread1.Join();
    thread2.Join();
    thread3.Join();
}

執(zhí)行效果如下：

可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)先級越高，其執(zhí)行計數(shù)值越大。

其中需要注意的是volatile和ThreadStatic的用法。

在這個多線程示例中我們需要準確的統(tǒng)計不同的線程執(zhí)行計數(shù)，因此正常來說可能需要設置多個變量用來對應存儲各自線程的統(tǒng)計計數(shù)，很顯然這樣會導致代碼臃腫。因此我們選用了另一種辦法，使用ThreadStatic標記一個字段，使得該字段對每個線程都有獨立的副本。這樣可以做到線程之間不會共享這個字段的值，同時還可以做到多個線程只用這一個字段。

另外對于多線程共享的變量，很可能因為CPU緩存導致多個線程共享的變量不一致問題，因此通過volatile告訴編譯器和運行時每次訪問該字段時都要直接從內(nèi)存中讀取最新值，以此來保證線程之間的可見性。

04、線程的生命周期

當一個線程被創(chuàng)建后，會經(jīng)歷多個狀態(tài)，包括未啟動、已啟動、執(zhí)行、睡眠、掛起等十個狀態(tài)，同時Thread類也提供了一些方法，用來控制當前線程狀態(tài)，比如啟動、停止、恢復、中止、掛起以及等待線程等方法。

我們先來看看線程具體有哪些狀態(tài)：

• Running(運行)—— 線程已啟動，而且沒有停止；
• StopRequested(請求停止) —— 請求停止線程；
• SuspendRequested(請求掛起) —— 請求線程掛起；
• Background(后臺) —— 線程在后臺執(zhí)行；
• Unstarted(未啟動) —— 還沒有在線程上調(diào)用 Start()方法；
• Stopped(停止) —— 線程已完成了其所有的指令，而且已經(jīng)停止；
• WaitSleepJoin(等待睡眠連接) —— 通過調(diào)用 Wait()、Sleep()或 Join()方法，來暫停線程；
• Suspended(掛起) —— 線程處于掛起狀態(tài)；
• AbortRequested(請求中止) —— Abort()方法已調(diào)用，但是線程還沒有收到試圖終止自己的 System.Threading.ThreadAbortexception，也就是說，線程還沒有停止但不久就會停止；
• Aborted****(中止) —— 線程處于停止狀態(tài)，但不一定已執(zhí)行完畢；

下面我們再來看看線程的常用方法。

• Start()： 啟動線程，使其狀態(tài)變更為Running。
• Sleep()： 把正在運行的線程暫停一段時間后自動恢復，線程狀態(tài)保持活躍。
• Suspend()：[已棄用]暫停當前線程的執(zhí)行，直到調(diào)用 Thread.Resume 顯式恢復。
• Resume()：[已棄用]恢復一個已被暫停的線程。
• Interrupt()： 中斷處于 WaitSleepJoin 線程狀態(tài)的線程。
• Join()： 阻塞調(diào)用線程，直到某個線程終止時為止。
• Abort()：[已棄用]終止當前線程。

通過源碼可以看到Resume和Suspend方法被棄用的原因。這是因為它們有很多問題和缺陷。使用它可能會導致程序的不穩(wěn)定、死鎖或者資源競爭問題。因此，它已經(jīng)被標記為廢棄，不推薦再使用。

在多線程編程中，通常可以通過合理的同步機制來控制線程的執(zhí)行。比如，使用上述的 Monitor、Mutex、Event 和 Semaphore 來協(xié)調(diào)多個線程的行為，確保資源訪問的安全和正確性。

注：測試方法代碼以及示例源碼都已經(jīng)上傳至代碼庫，有興趣的可以看看。https://gitee.com/hugogoos/Planner