基于C#实现多线程启动停止暂停继续

大部分初学者在学习C#上位机编程时,多线程是一个很难逾越的鸿沟,不合理地使用多线程,会导致经常出现各种奇怪的问题,这也是很多初学者不敢使用多线程的原因。但是在实际开发中,多线程是一个不可避免的技术栈,基本上每个项目都会使用到,因此学好多线程技术,很重要。

一、多线程原理

首先,我们要了解什么是多线程,多线程是一种技术,能够让一个程序同时运行多个独立的执行流程,这个执行流程即线程,这样就可以提高程序的并发性和效率,使程序能够更有效地利用系统资源。

打个比方,刚创业的时候,我们可能是一个人身兼多职,既要对接业务,又要做技术,还需要管理财务,虽然你可以同时做这些事情,但毕竟只有一个人,这里的同时,其实是靠“时间管理”来实现的,这就是单核CPU实现多线程的原理,依靠时间片切换来实现多个任务,这个时间片很短,通常在10-100ms数量级,因此,让我们感觉是同时进行的。

随着技术的不断发展,现在的计算机CPU基本上都是多核的。8核、16核,都很常见,多核意味着有多个核心,可以同时运行多个任务。

因此,多核CPU上的多线程才是真正的多线程,它能让你的多段逻辑同时工作,多线程,可以真正发挥出多核CPU的优势来,达到充分利用CPU的目的。

如果你做项目不使用多线程,不仅是技术的问题,也是对电脑资源的极大浪费,就像买了一辆性能车,但是只用来日常代步。

二、多线程发展

我们知道了多线程技术可以保证我们代码的高效运行,提高CPU资源的使用率,为什么很多人不敢使用,主要是因为多线程如果使用不当,容易出现各种奇怪的问题。

我们必须要明确一点,多线程是“不可控的”,不要把多线程当做一个开关,需要的时候就开一下,不需要的时候就关闭一下。从微观角度来看,多线程是靠CPU调度来实现的,我们常说的开启多线程,只是告诉CPU,这个线程可以开了,但是至于是立即开,还是等一会再开,这个是由CPU调度决定的,对于关闭多线程也是一样。

我们后续提到的控制多线程启动、停止、暂停、继续,这些都是.NET框架中提供的一些接口(方法)给开发人员,这样程序员就可以间接地实现多线程。

微软的多线程技术也是在一直发展中,在.NET 1.0中就出现了多线程Thread,到2.0时推出了ThreadPool线程池,再到3.0是出现了Task,Task也是我们目前使用比较多的,Task被称之为多线程的最佳实践,再到4.0时推出Parallel并行编程,再到4.5推出async/await语法糖,它让我们可以用同步方法来实现异步编程。

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三、多线程启停

Task是我们使用多线程开发中经常使用的一个类,这个类中提供了丰富的API函数,让我们可以很方便地对多线程进行管理,包括开启多线程了,就有很多种方法,比如Task.Run、Task.Factory.StartNew、Start等,由于篇幅有限,这里以其中一种进行说明。

我们来使用多线程实现一个简单的案例,我们来做一个线程任务,这个任务很简单,就是让一个值类型的变量,每间隔100ms,自增一次,到一个值后,再0开始重新计数,然后将这个值显示在界面上,界面如下所示:

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所以该任务执行代码如下:

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我们可以看到在方法里调用了一个cts对象,这个对象就是CancellationTokenSource的对象,因此我们需要创建一个CancellationTokenSource对象cts,同时在属性CurrentValue中,要显示控件的值,这里需要用到委托实现跨线程访问的问题,这个我们后续专题讲解,代码如下:

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然后在启动线程按钮的事件里,编写代码如下:

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停止线程按钮的事件里,只需要调用cts的Cancel方法即可:

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我们可以看到,这里就是通过cts来控制cts的IsCancellationRequested属性,进而实现多线程的控制,这里的cts.IsCancellationRequested类似于一个布尔类型的标志位,但是CancellationTokenSource的作用不仅如此,还可以在此基础上实现多线程超时判断,注册事件等更复杂的多线程操作。

四、多线程暂停继续

多线程的暂停继续,.NET为我们提供了另外一个对象——ManualResetEvent,这个对象会有一个值,这个值是布尔类型,就像一个门闸一样,True是打开门闸,False是关闭门闸,所以想要暂停多线程就调用这个对象的Reset方法,想要继续多线程就调用这个对象的Set方法,使用非常简单。

首先我们创建一下这个对象,可以通过构造方法,给这个对象赋初始值,我这里为True,这样就能直接运行,不会阻塞,代码如下:

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但是如果希望这个对象与多线程有所联系,必须要在多线程的方法里体现这个对象的作用,这个是调用这个对象的WaitOne方法,表示在调用的地方阻塞住,通过判断True或者False来决定是否继续执行,就像大家开车过高速收费站一样,即使现在普遍采用ETC了,在入口也需要减速,有一个ETC识别的过程,识别成功才会抬杆,识别不对,杆子是不会自动抬起的,这个是一样的道理。

所以线程执行代码修改如下:

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对比一下,其实就是加了一个manual.WaitOne()。

线程暂停继续代码如下:

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暂停继续的使用除了ManualResetEvent,还有一个AutoResetEvent,AutoResetEvent和ManualResetEvent的用法基本上是一样的,这里就不过多赘述,大家可以自己尝试一下。

这两者的区别在于一个是手动,一个是自动,AutoResetEvent会在置位之后自动复位,这样体现在多线程里,就是会只执行一次,就像大家进小区一样,如果有10辆车在排队,这时候如果自动模式,每次都要抬杆落杆,每次只允许进一辆车,如果是手动模式,可以由保安控制门闸打开,等10辆车都进去之后,再由保安将门闸关闭。

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