简单讲述关于C#的线程，任务，同步

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一：进程与线程的简单概念及理解

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*对于所有需要等待的操作，例如移动文件，数据库和网络访问都需要一定的时间，此时就可以启动一个新的线程，同时完成其他任务。一个进程的多个线程可以同时运行在不同的CPU上或多核CPU的不同内核上。
线程是程序中独立的指令流。在VS编辑器中输入代码的时候，系统会分析代码，用下划线标注遗漏的分号和其他语法错误，这就是用一个后台线程完成。Word文档需要一个线程等待用户输入，另一个线程进行后台搜索，第三个线程将写入的数据存储在临时文件中。运行在服务器上的应用程序中等待客户请求的线程成为侦听器线程。
进程包含资源，如Window句柄，文件系统句柄或其他内核对象。每个进程都分配的虚拟内存。一个进程至少包含一个线程。一个应用程序启动，一般会启动一个进程，然后进程启动多个线程。*
进程和线程的一个简单解释
1，计算机的核心是CPU，它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂，时刻在运行。
2，如果工厂的电力有限一次只能供给一个车间使用。也就是说一个车间开工的时候，其他车间就必须停工。背后的含义就是。单个CPU一次只能运行一个任务。（多核CPU可以运行多个任务）
3，进程就好比工厂的车间，它代表CPU所能处理的单个任务。任一时刻，CPU总是运行一个进程，其他进程处于非运行状态。
4，一个车间里，可以有很多工人，他们协同完成一个任务。
5，线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
6，车间的控件是工人们共享的，比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享空间。
7，一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁（厕所）。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫”互斥锁”（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。
8，还有些房间，可以同时容纳n个人，比如厨房。也就是说，如果人数大于n，多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域，只能供给固定数目的线程使用。
9，这时的解决方法，就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做”信号量”（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。
不难看出，mutex是semaphore的一种特殊情况（n=1时）。也就是说，完全可以用后者替代前者。但是，因为mutex较为简单，且效率高，所以在必须保证资源独占的情况下，还是采用这种设计。
10，操作系统的设计，因此可以归结为三点：
（1）以多进程形式，允许多个任务同时运行；
（2）以多线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行；
（3）提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

二：在C#中创建线程的方式（重点）

**1.异步委托**
创建线程的一种简单方式是定义一个委托,并异步调用它。 委托是方法的类型安全的引用。Delegate类 还支持异步地调用方法。在后台,Delegate类会创建一个执行任务的线程。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

//一般我们会为比较耗时的操作开启一个单独的线程，比如下载文件之类的操作
//1.通过委托开启一个线程

namespace ProcessAndThread1
{
    class Program
    {

        static void Test() {//无参数
            Console.WriteLine("Test");
        }

        static void Test1(int i) { //有参数的
            Console.WriteLine("Test1 "+ i);
        }

        static int  Test2(int i) {//有返回值
            Console.WriteLine("Test2 " + i);
            Thread.Sleep(100);//让当前线程暂停0.1秒，也就是100毫秒
            return 100;
        }

        static void Main(string[] args)//在main线程中执行，一个线程里面语句的执行是从上到下的，
        //可以认为线程是同时执行的（异步执行）
        {
            //Action a = Test;
            //a.BeginInvoke(null, null);//开启一个新的线程去执行a所引用的方法（无参数）

            //Action<int> a = Test1;
            //a.BeginInvoke(100, null, null);//开启一个新的线程去执行a所引用的方法（有参数），100作为实参传递给Test1的 i，当有多               个参数时，在100之后依次添加

            Func<int,int> a = Test2;
            IAsyncResult ar = a.BeginInvoke(100, null, null);//IAsyncResult可以取得当前线程的状态
            while (ar.IsCompleted == false)//判断当前线程是否执行完毕,没完毕的话输出'' . '' 
            {
                Console.Write(".");
                Thread.Sleep(10);//使main线程暂停10毫秒，控制子线程a的 ‘’.‘’的输出频率
            }
            //a线程结束后
            int res = a.EndInvoke(ar);//取得异步线程的返回值
            Console.WriteLine(res);

            Console.WriteLine("Main");
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

注意：当我们通过BeginInvoke开启一个异步委托的时候，返回的结果是IAsyncResult，我们可以通过它的AsyncWaitHandle属性访问等待句柄。这个属性返回一个WaitHandler类型的对象，它中的WaitOne（）方法可以等待委托线程完成其任务，WaitOne方法可以设置一个超时时间作为参数（要等待的最长时间），如果发生超时就返回false。

static void Main(){
    TakesAWhileDelegate d1 = TakesAWhile;
    IAsyncResult ar = d1.BeginInvoke(1,3000,null,null);
    while(true){
        Console.Write(".");
        if(ar.AsyncWaitHanle.WaitOne(50,false)){
            Console.WriteLine("Can get result now");
            break;
        }

    }
    int result = d1.EndInvoke(ar);
    Console.WriteLine("Res:"+result);
}

2.使用Thread类开启线程：

// 2.通过Thread类开启线程
namespace ProcessAndThread2
{
    class Program
    {

        static void DownloadFile() {//模拟文件下载线程    无参数
            Console.WriteLine("开始下载。。。此线程ID为："+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId获取当前线程Id

            Thread.Sleep(2000);//线程等待2秒
            Console.WriteLine("下载完成。");
        }

        static void DownloadFile1(object fileName) // 此时必须使用Object声明参数,可传递任何类型，把它什么类型用那么它就是什么类型
        {//模拟文件下载线程    有参数
            Console.WriteLine("开始下载。。。此线程ID为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId+fileName);
            //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId获取当前线程Id

            Thread.Sleep(2000);//线程等待2秒
            Console.WriteLine("下载完成。");
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            //无参数两种方式：
            //1.一般方式
            //Thread t = new Thread(DownloadFile);//创建一个线程对象t，但是并没有启动线程
            //t.Start();//此时启动线程

            //2.使用lambol表达式,效果同上
            //Thread t = new Thread(() =>
            //{
            //    Console.WriteLine("开始下载。。。此线程ID为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            //    //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId获取当前线程Id
            //    Thread.Sleep(2000);//线程等待2秒
            //    Console.WriteLine("下载完成。");
            //});
            //t.Start();

            //有参数两种方式:
            //1：
            //Thread t = new Thread(DownloadFile1);//创建一个线程对象t，但是并没有启动线程
            //t.Start("  xxx.xxx");//此时启动线程，并传递参数给上面的fileName

            //2:通过创建自己的一个类MyThread，用于传递参数什么的
            //MyThread myt = new MyThread( "  猫和老鼠" , "d://file//mao//laoshu" );
            //Thread t = new Thread(myt.DownloadFile2);//构造一个Thread对象的时候，可以传递一个静态方法，也可以传递一个对象的普通方法
            //t.Start();

            //前台线程与后台线程。一个进程的结束需要等待所有其子前台线程结束，如果是后台线程则无须等待，直接结束.
            Thread t = new Thread(DownloadFile);//创建一个默认的前台线程对象t，但是并没有启动线程
            t.Start();

            t.IsBackground = true;//将线程设置为后台线程。如果此处不设置，那么默认为前台线程，当运行时Main线程结束后还需要等待t线程结束。如果设置为后台线程，则Main线程结束，t线程马上结束(注意此处Main中不写Console.ReadKey();)

            Console.WriteLine("Main");
            //Console.ReadKey();
        }
    }
}



namespace ProcessAndThread2
{
    class MyThread
    {
        private string fileName;//文件名
        private string filePath;//文件路径

        public MyThread(string fileName,string filePath) {
            this.fileName = fileName;
            this.filePath = filePath;
        }
        public void DownloadFile2() 
        {
            Console.WriteLine("开始下载。。。此线程ID为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + this.fileName);
            //Thread.CurrentThread.ManagedThreadId获取当前线程Id
            Thread.Sleep(2000);//线程等待2秒
            Console.WriteLine("下载完成。");
        }
    }
}

注意：在这里哪个先输出是无法保证了线程的执行由操作系统决定，只能知道Main线程和分支线程是同步执行的。在这里给Thread传递一个方法，调用Thread的Start方法，就会开启一个线程去执行，传递的方法。
关于后台线程和前台线程：
只有一个前台线程在运行，应用程序的进程就在运行，如果多个前台线程在运行，但是Main方法结束了，应用程序的进程仍然是运行的，直到所有的前台线程完成其任务为止。在默认情况下，用Thread类创建的线程是前台线程。线程池中的线程总是后台线程。在用Thread类创建线程的时候，可以设置IsBackground属性，表示它是一个前台线程还是一个后台线程。后台线程用的地方：如果关闭Word应用程序，拼写检查器继续运行就没有意义了，在关闭应用程序的时候，拼写检查线程就可以关闭。当所有的前台线程运行完毕，如果还有后台线程运行的话，所有的后台线程会被终止掉。
看下面例子中前台线程和后台线程的区别：

class Program{
    static void Main(){
        var t1 = new Thread(ThreadMain){IsBackground=false};
        t1.Start();
        Console.WriteLine("Main thread ending now.");
    }
    static void ThreadMain(){
        Console.WriteLine("Thread +"+Thread.CurrentThread.Name+" started");     
        Thread.Sleep(3000);
        Console.WriteLine("Thread +"+Thread.CurrentThread.Name+" started");
    }
}

线程的优先级
线程有操作系统调度，一个CPU同一时间只能做一件事情（运行一个线程中的计算任务），当有很多线程需要CPU去执行的时候，线程调度器会根据线程的优先级去判断先去执行哪一个线程，如果优先级相同的话，就使用一个循环调度规则，逐个执行每个线程。
在Thead类中，可以设置Priority属性，以影响线程的基本优先级 ,Priority属性是一个ThreadPriority枚举定义的一个值。定义的级别有Highest ,AboveNormal,BelowNormal 和 Lowest。
控制线程
1,获取线程的状态（Running还是Unstarted,,,），当我们通过调用Thread对象的Start方法，可以创建线程，但是调用了Start方法之后，新线程不是马上进入Running状态，而是出于Unstarted状态，只有当操作系统的线程调度器选择了要运行的线程，这个线程的状态才会修改为Running状态。我们使用Thread.Sleep()方法可以让当前线程休眠进入WaitSleepJoin状态。
2,使用Thread对象的Abort()方法可以停止线程。调用这个方法，会在终止要终止的线程中抛出一个ThreadAbortException类型的异常，我们可以try catch这个异常，然后在线程结束前做一些清理的工作。
3,如果需要等待线程的结束，可以调用Thread对象的Join方法，表示把Thread加入进来，停止当前线程，并把它设置为WaitSleepJoin状态，直到加入的线程完成为止。

3.使用线程池开启线程：
创建线程需要时间。 如果有不同的小任务要完成,就可以事先创建许多线程 , 在应完成这些任务时发出请求。 这个线程数最好在需要更多的线程时增加,在需要释放资源时减少。我们不需要 自己创建线程池，系统已经有一个ThreadPool类管理线程。 这个类会在需要时增减池中线程的线程数,直到达到最大的线程数。 池中的最大线程数是可配置的。 在双核 CPU中 ,默认设置为1023个工作线程和 1000个 I/o线程。也可以指定在创建线程池时应立即启动的最小线程数,以及线程池中可用的最大线程数。 如果有更多的作业要处理,线程池中线程的个数也到了极限,最新的作业就要排队,且必须等待线程完成其任务。

//线程开启方式3：线程池(默认为后台线程)，适合时间较短的小任务
namespace ProcessAndThread3
{
    class Program
    {
        static void ThreadFun(object state) //使用线层池开启线程时，方法中需要有一个参数
        {
            Console.WriteLine("线程开始。。。线程ID："+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("线程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + "结束.");
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("线程池测试：");
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadFun);//使用线程池开启一个工作线程
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

示例应用程序首先要读取工作线程和 I/o线程的最大线程数,把这些信息写入控制台中。接着在 for循 环中,调 用ThreadPool.QueueUserWorkItem方法,传递一个WaitCallBack类型的委托 ,把 JobForAThread方 法赋予线程池中的线程。 线程池收到这个请求后,就会从池中选择一个线程 来调用该方法。 如果线程池还没有运行,就会创建一个线程池,并启动第一个线程。 如果线程池己经在运行,且有一个空闲线程来完成该任务,就把该作业传递给这个线程。
使用线程池需要注意的事项：
1.线程池中的所有线程都是后台线程 。 如果进程的所有前台线程都结束了,所有的后台线程就会停止。 不能把入池的线程改为前台线程 。
2.不能给入池的线程设置优先级或名称。
3.入池的线程只能用于时间较短的任务。 如果线程要一直运行(如 Word的拼写检查器线程),就应使用Thread类创建一个线程。

4,使用任务开启线程

//4,使用任务开启线程（任务相当于对线程做了一个封装）
namespace ProcessAndThread4
{
    class Program
    {
        static void ThreadFun() //使用线层池开启线程时，方法中需要有一个参数
        {
            Console.WriteLine("任务开始。。。任务ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("任务" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + "结束.");
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            //第一种方式
            //Task t = new Task(ThreadFun);//传递一个需要线程去执行的方法
            //t.Start();

            //第二种方式（工厂模式）
            TaskFactory tf = new TaskFactory(); // TaskFactory提供对创建和计划 System.Threading.Tasks.Task 对象的支持。
            Task t = tf.StartNew(ThreadFun);


            Console.WriteLine("Main");
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

在.NET4 新的命名空间System.Threading.Tasks包含了类抽象出了线程功能，在后台使用的ThreadPool进行管理的。任务表示应完成某个单元的工作。这个工作可以在单独的线程中运行，也可以以同步方式启动一个任务。任务也是异步编程中的一种实现方式。

5.线程问题—争用条件和死锁

//线程问题—争用条件（解决方法：加锁 lock）和死锁（解决方法：在编程开始设计阶段，设计好锁定顺序）
namespace ProcessAndThread5
{
    class Program
    {
        //测试方法1
        static void ChangeStateTest(object o) //无加锁
        {
            MyThreadObjec mt = o as MyThreadObjec;
            while (true)//循环调用mt中的ChangeState()方法，使线程对变量state发生争用
            {
                mt.ChangeState();   
            }
        }

        //测试方法2
        static void ChangeStateTest1(object o)//加锁
        {
            MyThreadObjec mt = o as MyThreadObjec;
            while (true)//循环调用mt中的ChangeState()方法，使线程对变量state发生争用
            {
                lock (mt)//向系统申请可不可以对mt对象加锁，如果mt对象没有被其他线程锁定，那么此时线程就可以对mt对象加锁。如果mt对象已经被锁定了，那么这个语句就暂停，直到申请到mt对象。注意：lock只能锁定引用类型，不能锁定值类型
                {
                    mt.ChangeState(); //在同一时刻，只有一个线程在执行这个方法
                }//释放对mt的锁定
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {

            Console.WriteLine("Main");

            //无加锁测试
            //MyThreadObjec mt = new MyThreadObjec();
            //Thread t = new Thread(ChangeStateTest);
            //t.Start(mt);//只有一个线程单独占用MyThreadObject中的state变量，不发生争用

            //Thread t1 = new Thread(ChangeStateTest);
            //t1.Start(mt); //当有两个或者两个以上线程同时对MyThreadObject中的state变量进行访问时，线程对变量state发生争用

            //有加锁测试
            MyThreadObjec mt = new MyThreadObjec();
            Thread t = new Thread(ChangeStateTest1);
            t.Start(mt);//只有一个线程单独占用MyThreadObject中的state变量，不发生争用

            Thread t1 = new Thread(ChangeStateTest1);
            t1.Start(mt); 

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

以上内容是本人学习C#中的线程方面的总结，是我的第一篇博客O(∩_∩)O，若是有哪些不对的地方，欢迎大牛指出。以后会接着把有用的知识写在自己的博客里，供给学习者浏览学习，也方便自己以后的回味。