我们什么时候在 C# 中使用多线程？

Question

我知道如何使用 C# 实现多线程。但我想知道它是如何工作的。

1. 一次只会运行一个线程，当该线程等待时，它会执行第二个线程吗？
2. 如果第二个线程正在执行并且第一个线程已准备好。会发生什么？
3. 哪个线程将获得优先级？

我对这个概念的理解很困惑。我想了解为什么我们要采用多线程以及何时使用它。

提前致谢。

Answer 1

线程可能同时运行，也可能不同时运行。在单处理器机器上，一次只有一个线程运行。在多处理器系统（多处理器、多核、超线程）上，多个线程可以同时运行，每个处理器一个线程。

操作系统调度程序决定线程何时运行。 Windows 是一个抢占式多任务系统。它将运行一个线程一段时间，称为时间片（Windows 上为 10 毫秒或 15 毫秒），停止该线程，然后确定下一个要运行的线程，该线程可能是正在运行的同一线程。实际的算法很复杂。

线程确实有优先级，因此也会影响这一点，在所有条件相同的情况下，较高优先级线程将比较低优先级线程获得更多时间。如果您没有手动设置线程的优先级，那么它默认为“正常优先级”。在一个简单的情况下，两个线程的优先级相同，准备运行，那么两个线程将运行相同的时间，可能循环赛。

为什么我们要进行多线程处理，有两个基本原因：

1. 速度：在多处理器系统上，由于一次可以运行多个线程，因此我们的代码一次可以执行多个任务。例如，如果我们正在处理图像，我们会将图像分割成多个部分，并让不同的线程处理图像的每个部分。
2. 异步操作：有一些任务需要一段时间（例如从互联网上读取文件），我们希望能够在做其他事情时让它在后台继续进行，因此我们创建一个线程来执行下载当我们忙自己的事时。这样做的一大吸引力是在 GUI 应用程序中，我们不想阻塞 UI 线程，因此用户界面仍然响应用户将要处理的事件。

Answer 2

多线程在一个操作不需要阻止另一个操作的环境中非常有用。

主要的例子是后台进程不应锁定主用户界面线程。

操作系统通常会决定谁可以在何时做什么。如果一台计算机只有一个核心，那么除了上面列出的好处之外，多线程几乎没有什么好处。但是，随着添加更多核心，可以同时执行更多操作。

然而，即使在单核系统中，多线程也可以促进非阻塞 IO，这对于提高应用程序的响应能力非常重要。

Answer 3

如果程序中有可并行的部分，多线程可以加快程序执行速度。

您可能想查看多线程的不同资源以了解更多信息。

想象一下您有一个需要尽快解决的问题。你有一个简单的；数到十亿。您可以执行一个循环： for (var i = 0; i < Math.Pow(10,9); i++) {} 然后这将仅在一个核心上执行。这将需要 x 时间。现在想象一下在两个内核上执行此操作：

// execute action a concurrently across the domain to-from, where a takes the current index
void Execute(Action<int> a, int from, int to)
{
    // assert to > from, to != from, from - to > CPUs, otherwise equal ranges = CPUs
    // assert a != null
    var pllItems = Environment.ProcessorCount;
    var range = to-from;
    var ranges = new int[pllItems,2];
    var step = Convert.ToInt64(range / pllItems);

    // calculate the ranges each thread should do
    for (var i = 0; i < ranges.Length; i++) {
        var s = from+i*step; // where thread i starts
        ranges[i,0] = s; // -''-
        ranges[i,1] = s+step - 1; // where thread i ends
    }


    var ts = Thread[pllItems];
    for (var i = 0; i < pllItems; i++) ts.Start(o => {
        var currT = i; // avoid closure capture problems
        for (var x = ranges[currT, 0]; x < ranges[currT, 1], x++) {
            a(x);

            // could also have:
            // try { a(x) } catch (Exception e) { lock(ecs) ecs.Add(e); /* stop thread */ break; } 
            // return at the end of method failed threads:
            // return ecs;
        }
    });
    for (var i = 0; i < pllItems; i++) ts.Join();
}

值得庆幸的是，如果您从 2008 年下载 MS Threading 库，您将免费获得它。

Parallel.For(0, Math.Pow(10,9), () => { });

还有一个适用于 VS2010 的新工具，它以图形形式显示线程如何阻塞、等待 io 等 。

.Net/操作系统中有一个调度程序，允许线程具有不同的交错

几天前，MS 发布了有关如何在 .Net 4 中进行并行操作的文档。
有 在此处下载/阅读

Answer 4

如果您查看 Windows 计算机上任务管理器中的“进程”选项卡，您将看到计算机上当前活动的进程。如果将“线程”列添加到视图中，您将看到每个进程中当前存在的线程数。操作系统 (OS) 决定如何调度所有进程中的所有线程在处理器上执行。因此，实际上，操作系统不断确定哪些线程有工作要做，并调度这些线程在处理器上执行。

现在我们假设一台单处理器、单核机器。

在此示例中，您的应用程序是唯一正在执行任何操作的进程。假设您的应用程序有两个具有相同优先级的线程（下面将详细介绍）。在这种情况下，操作系统将在这两个线程之间交替，先调度一个线程执行，然后再调度另一个线程，直到它们正在执行的工作完成。为了实现这一点，操作系统向第一个调度的线程授予一个时间片。出于示例目的，假设时间片为 10 毫秒（实际上比这短得多）。所以线程A将执行10毫秒。然后，操作系统将抢占线程 A，以便线程 B 可以执行其时间片（也是 10 毫秒）。

这种来回将不间断地继续，直到两个线程都完成其工作或直到发生某些事件。例如，假设线程 A 在线程 B 之前完成其工作。在这种情况下，线程 A 没有其他事情可做，因此操作系统将继续向线程 B 授予时间片，因为它是唯一有工作要做的线程。可能发生的另一件事是线程 A 可以等待事件，例如 System.Threading.ManualResetEvent，或套接字的异步读取。在该事件发出信号或在套接字上接收到数据之前，线程 A 基本上处于死状态，因此操作系统将继续向线程 B 授予时间片，直到线程 A 正在等待的事件/套接字发生。此时，操作系统将恢复在线程A和线程B之间切换执行。

当今大多数应用程序执行的后台打印就是一个很好的例子。应用程序的主线程专用于处理 UI 事件 - 按钮单击、键盘按下、拖放等。如果您从您最喜欢的文字处理器打印文档，从概念上讲，将打印指令发送到打印机被委托给辅助线程。此时，您的应用程序有两个正在运行的线程 - 一个线程服务于 UI，另一个线程处理打印作业。由于这是在单处理器、单核机器上，操作系统在两个线程之间交换，为每个线程授予时间片。在这种情况下，打印作业线程将在发送完打印指令后结束，然后只剩下您的UI线程。

此时您可能有一个问题：

打印这个不是需要更长的时间吗
在单处理器、单核机器上的方式
因为操作系统必须在之间交换
打印作业线程和 UI
线程？

答案是肯定的。这种方式确实需要更长的时间。但请考虑替代方案。如果打印作业在 UI 线程上执行，则用户界面将不会响应您的输入，即单击按钮、按下键盘等，直到打印作业完成。作为用户，这会让您感到沮丧，因为应用程序不会响应您的输入。因此，实际上，多线程实际上是并行性的幻觉，至少在单处理器、单核机器上是如此。然而，您会感到满意的是，当打印作业在另一个线程上完成时，能够与应用程序进行交互，即使打印作业以这种方式需要更长的时间。

现在让我们转向多核机器。如果您的进程有相同的两个线程 A 和 B 要执行，则每个线程可以调度在单独的核心上。在这种情况下，两个线程同时运行而不会中断。操作系统不必在线程之间交换，因为每个线程都有自己的核心来运行。有道理吗？

最后，让我们考虑与线程相关的优先级（再次假设单处理器、单核）。默认情况下，给定应用程序中的每个线程都具有相同的优先级。这意味着操作系统将在调度方面认为所有线程都是平等的。如果有两个线程要执行，它们将在处理器上获得大致相同的时间。但是，您可以通过增加/减少一个线程相对于另一个线程的优先级来调整这一点。在这种情况下，出于调度目的，具有较高优先级的线程比具有较低优先级的线程更受青睐，这意味着它比其他线程获得更多的时间片。在某些有限的情况下，调整线程的优先级可以提高应用程序的性能，但对于大多数应用程序来说，这是没有必要的。需要注意的是不要让线程“挨饿”，尤其是 UI 线程。操作系统不会完全使线程处于饥饿状态，从而有助于防止这种情况发生。尽管如此，如果 UI 线程“节食”，可以这么说，调整优先级仍然会使您的应用程序显得迟缓，甚至完全没有响应。

您可以在此处了解有关线程优先级的更多信息和此处。

我希望这有帮助。

Answer 5

线程的用途

• 隐藏延迟（即在等待时做其他事情）
• 利用硬件的并发性（在多核的情况下，这会提供更好的性能）
• 区分重要性级别（即高优先级线程和低优先级线程）
• 组织结构（即每个事件的线程 ） ，每个资源的线程，每个进程的线程）

还有其他的，但我认为这是线程的基本用途