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C#学习第19天：多线程

news 2025/5/15 13:03:10

什么是多线程？

定义：多线程允许一个程序分成多个独立的执行路径来进行并发操作。
用途：提高程序的执行效率，特别是在I/O操作、计算密集型任务和用户交互中。

多线程核心概念

1. 创建和管理线程

使用 Thread 类

using System;
using System.Threading;public class Program
{public static void Main(){Thread thread = new Thread(new ThreadStart(DoWork));thread.Start();for (int i = 0; i < 5; i++){Console.WriteLine("Main thread: " + i);Thread.Sleep(100);}thread.Join(); // 等待新线程完成}public static void DoWork(){for (int i = 0; i < 5; i++){Console.WriteLine("Worker thread: " + i);Thread.Sleep(100);}}
}

2. 线程池

使用 ThreadPool 线程池可以有效地管理和复用线程资源。

using System;
using System.Threading;public class Program
{public static void Main(){ThreadPool.QueueUserWorkItem(DoWork);Console.WriteLine("Main thread does some work, then sleeps.");Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine("Main thread exits.");}public static void DoWork(object state){Console.WriteLine("Worker thread is processing the task.");}
}

3. 使用任务并行库 (TPL)

使用 Task 和 Task<T> 任务并行库提供了更高层次的抽象来处理异步编程。

using System;
using System.Threading.Tasks;public class Program
{public static async Task Main(){Task workTask = DoWorkAsync();Console.WriteLine("Main thread continues to run.");await workTask; // 等待异步任务完成}public static async Task DoWorkAsync(){await Task.Delay(1000); // 模拟异步工作Console.WriteLine("Async task has completed.");}
}

高级主题

线程间同步

使用锁 (lock) 防止数据竞争

public class Counter
{private int count = 0;private readonly object lockObj = new object();public void Increment(){lock (lockObj){count++;}}
}

并发集合

.NET提供了一些线程安全的集合类，如ConcurrentDictionary、BlockingCollection等。

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading.Tasks;public class ConcurrentExample
{public static void Main(){var concurrentBag = new ConcurrentBag<int>();Parallel.For(0, 10, i =>{concurrentBag.Add(i);});foreach (var item in concurrentBag){Console.WriteLine(item);}}
}

使用场景

1.I/O密集型操作：

多线程可以提高文件读写或网络请求的吞吐量。

2.后台任务：

在不影响主线程响应的情况下执行长时间运行的计算或更新。

3.用户界面：

使用多线程可防止UI卡顿，保持应用程序响应性。

实践习题

using System;
using System.Threading;public class Program
{private static readonly object lockObj = new object();private static int counter = 0;private const int maxCount = 10;public static void Main(){Thread evenThread = new Thread(PrintEven);Thread oddThread = new Thread(PrintOdd);evenThread.Start();oddThread.Start();evenThread.Join();oddThread.Join();}public static void PrintEven(){while (true){lock (lockObj){if (counter >= maxCount)break;if (counter % 2 == 0){Console.WriteLine("Even: " + counter);counter++;}}}}public static void PrintOdd(){while (true){lock (lockObj){if (counter >= maxCount)break;if (counter % 2 != 0){Console.WriteLine("Odd: " + counter);counter++;}}}}
}

说明：

使用一个公共的整数counter来记录当前数字。
两个线程PrintEven和PrintOdd分别负责打印偶数和奇数。
使用lock关键字确保对counter的访问是线程安全的。

2.实现一个程序，通过Task启动多个异步下载模拟任务，并在全部完成后输出结果。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;public class Program
{public static async Task Main(){List<Task<string>> downloadTasks = new List<Task<string>>();// 模拟三个下载任务downloadTasks.Add(SimulateDownloadAsync("File1"));downloadTasks.Add(SimulateDownloadAsync("File2"));downloadTasks.Add(SimulateDownloadAsync("File3"));string[] results = await Task.WhenAll(downloadTasks);foreach (string result in results){Console.WriteLine(result);}}public static async Task<string> SimulateDownloadAsync(string fileName){// 模拟下载延迟await Task.Delay(new Random().Next(500, 2000));return $"{fileName} downloaded.";}
}

说明：