C#多线程之线程控制详解

在C#中，多线程技术通常用于对计算密集型和I/O密集型任务进行并发处理，以提高程序的性能和响应时间。C#提供了一系列的线程控制相关的基础类和方法，开发者可以通过这些类和方法灵活地控制线程的创建、启动、暂停、终止等行为。本文将详细讲解C#多线程之线程控制的相关知识点，包括线程同步、线程池、任务取消等内容。

线程同步

在多线程并发场景下，不同线程之间需要进行同步，以避免出现数据竞争、死锁等问题。C#提供了多种线程同步机制，包括锁、Monitor、信号量、事件等。其中，最常用的是锁和Monitor。

锁

锁（Lock）是一种最基本的线程同步机制，通过Monitor.Enter和Monitor.Exit方法进行加锁和解锁，同时也可以使用C#的lock语句简化代码，如下所示：

class Program
{
    static object lockObj = new object();
    static int x = 0;

    static void Main(string[] args)
    {
        Thread t1 = new Thread(IncreaseX);
        Thread t2 = new Thread(IncreaseX);
        t1.Start();
        t2.Start();
        t1.Join();
        t2.Join();
        Console.WriteLine(x);
    }

    static void IncreaseX()
    {
        for (int i = 0; i < 100000; i++)
        {
            lock (lockObj)
            {
                x++;
            }
        }
    }
}

在上面的示例中，我们使用了一个静态对象lockObj作为锁，保证了两个线程对x的操作不会发生冲突。通过lock语句，可以避免手动调用Monitor.Enter和Monitor.Exit方法对锁进行加锁和解锁操作。

Monitor

Monitor是另一种常用的线程同步机制，它提供了更细粒度的线程同步功能，包括等待、通知、唤醒等行为。与锁类似，Monitor.Enter和Monitor.Exit可以实现对资源的加锁和解锁。

我们可以通过一个示例来了解Monitor的使用方法，如下所示：

class Program
{
    static object lockObj = new object();
    static bool isCompleted = false;

    static void Main(string[] args)
    {
        Thread t1 = new Thread(Write);
        Thread t2 = new Thread(Read);
        t2.Start();
        t1.Start();
        t1.Join();
        t2.Join();
    }

    static void Write()
    {
        lock (lockObj)
        {
            Console.WriteLine("Writing data...");
            Thread.Sleep(1000);
            isCompleted = true;
            Monitor.Pulse(lockObj);
        }
    }

    static void Read()
    {
        lock (lockObj)
        {
            while (!isCompleted)
            {
                Console.WriteLine("Waiting for data...");
                Monitor.Wait(lockObj);
            }
            Console.WriteLine("Read completed.");
        }
    }
}

在上面的示例中，我们通过Monitor.Wait和Monitor.Pulse实现了线程间的通信。Write线程向控制台写入数据后，调用了Monitor.Pulse唤醒了Wait线程。Wait线程在收到唤醒信号后，输出了"Read completed."的信息。

线程池

线程池（ThreadPool）是一种用于维护可重用线程集合的机制。通过线程池，我们可以避免反复创建和销毁线程，从而提高程序的效率。C#中提供了ThreadPool类，可以通过ThreadPool.QueueUserWorkItem方法将任务添加到线程池中。

我们可以通过一个示例来了解ThreadPool的使用方法，如下所示：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(PrintHelloWorld), i);
        }
        Thread.Sleep(1000);
    }

    static void PrintHelloWorld(object state)
    {
        Console.WriteLine($"Hello, world! {state}");
    }
}

在上面的示例中，我们将10个PrintHelloWorld任务添加到线程池中，通过Console.WriteLine输出了"Hello, world!"的信息。

任务取消

在多线程任务中，有时需要提前取消某些任务，以避免资源的浪费和程序的异常。C#中提供了CancellationTokenSource类和CancellationToken结构体，可以实现任务取消的功能。

我们可以通过一个示例来了解CancellationToken的使用方法，如下所示：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(PrintNumbers), cts.Token);
        Console.WriteLine("Press any key to cancel the task.");
        Console.ReadKey();
        cts.Cancel();
        Thread.Sleep(1000);
    }

    static void PrintNumbers(object state)
    {
        CancellationToken token = (CancellationToken)state;
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            if (token.IsCancellationRequested)
            {
                Console.WriteLine("Task has been cancelled.");
                return;
            }
            Console.WriteLine($"Number: {i}");
        }
    }
}

在上面的示例中，我们通过CancellationTokenSource和CancellationToken实现了任务的取消功能。PrintNumbers任务在每次循环前检查CancellationToken是否已经取消，如果取消了，则退出循环，输出"Task has been cancelled."的信息。

总结

本文详细讲解了C#多线程之线程控制的相关知识点，包括线程同步、线程池、任务取消等内容。这些知识点在实际开发中非常重要，对于提高程序的性能和可靠性有着重要的作用。希望本文对读者有所启发，能够在实际开发中灵活运用多线程技术，写出高效可靠的程序。