C#综合揭秘——细说多线程（上）
引言
本文主要从线程的基础用法，CLR线程池当中工作者线程与I/O线程的开发，并行操作PLINQ等多个方面介绍多线程的开发。
其中委托的BeginInvoke方法以及回调函数最为常用。
而 I/O线程可能容易遭到大家的忽略，其实在开发多线程系统，更应该多留意I/O线程的操作。特别是在ASP.NET开发当中，可能更多人只会留意在客户端使用Ajax或者在服务器端使用UpdatePanel。其实合理使用I/O线程在通讯项目或文件下载时，能尽可能地减少IIS的压力。
并行编程是Framework4.0中极力推广的异步操作方式，更值得更深入地学习。
希望本篇文章能对各位的学习研究有所帮助，当中有所错漏的地方敬请点评。
目录
一、线程的定义
二、线程的基础知识
三、以ThreadStart方式实现多线程
四、CLR线程池的工作者线程
一、线程的定义
1. 1 进程、应用程序域与线程的关系
进程（Process）是Windows系统中的一个基本概念，它包含着一个运行程序所需要的资源。进程之间是相对独立的，一个进程无法访问另一个进程的数据（除非利用分布式计算方式），一个进程运行的失败也不会影响其他进程的运行，Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。进程可以理解为一个程序的基本边界。
应用程序域（AppDomain）是一个程序运行的逻辑区域，它可以视为一个轻量级的进程，.NET的程序集正是在应用程序域中运行的，一个进程可以包含有多个应用程序域，一个应用程序域也可以包含多个程序集。在一个应用程序域中包含了一个或多个上下文context，使用上下文CLR就能够把某些特殊对象的状态放置在不同容器当中。
线程（Thread）是进程中的基本执行单元，在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。在.NET应用程序中，都是以Main()方法作为入口的，当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器（Thread Local Storage，TLS）组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态，调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据，TLS主要用于存放线程的状态信息。
进程、应用程序域、线程的关系如下图，一个进程内可以包括多个应用程序域，也有包括多个线程，线程也可以穿梭于多个应用程序域当中。但在同一个时刻，线程只会处于一个应用程序域内。
由于本文是以介绍多线程技术为主题，对进程、应用程序域的介绍就到此为止。关于进程、线程、应用程序域的技术，在“C#综合揭秘——细说进程、应用程序域与上下文”会有详细介绍。
1.2 多线程
在单CPU系统的一个单位时间（time slice）内，CPU只能运行单个线程，运行顺序取决于线程的优先级别。如果在单位时间内线程未能完成执行，系统就会把线程的状态信息保存到线程的本地存储器（TLS） 中，以便下次执行时恢复执行。而多线程只是系统带来的一个假像，它在多个单位时间内进行多个线程的切换。因为切换频密而且单位时间非常短暂，所以多线程可被视作同时运行。
适当使用多线程能提高系统的性能，比如：在系统请求大容量的数据时使用多线程，把数据输出工作交给异步线程，使主线程保持其稳定性去处理其他问题。但需要注意一点，因为CPU需要花费不少的时间在线程的切换上，所以过多地使用多线程反而会导致性能的下降。
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二、线程的基础知识
2.1 System.Threading.Thread类
System.Threading.Thread是用于控制线程的基础类，通过Thread可以控制当前应用程序域中线程的创建、挂起、停止、销毁。
它包括以下常用公共属性：
| 属性名称 | 说明 |
|---|---|
| CurrentContext | 获取线程正在其中执行的当前上下文。 |
| CurrentThread | 获取当前正在运行的线程。 |
| ExecutionContext | 获取一个 ExecutionContext 对象，该对象包含有关当前线程的各种上下文的信息。 |
| IsAlive | 获取一个值，该值指示当前线程的执行状态。 |
| IsBackground | 获取或设置一个值，该值指示某个线程是否为后台线程。 |
| IsThreadPoolThread | 获取一个值，该值指示线程是否属于托管线程池。 |
| ManagedThreadId | 获取当前托管线程的唯一标识符。 |
| Name | 获取或设置线程的名称。 |
| Priority | 获取或设置一个值，该值指示线程的调度优先级。 |
| ThreadState | 获取一个值，该值包含当前线程的状态。 |
2.1.1 线程的标识符
ManagedThreadId是确认线程的唯一标识符，程序在大部分情况下都是通过Thread.ManagedThreadId来辨别线程的。而Name是一个可变值，在默认时候，Name为一个空值 Null，开发人员可以通过程序设置线程的名称，但这只是一个辅助功能。
2.1.2 线程的优先级别
.NET为线程设置了Priority属性来定义线程执行的优先级别，里面包含5个选项，其中Normal是默认值。除非系统有特殊要求，否则不应该随便设置线程的优先级别。
| 成员名称 | 说明 |
|---|---|
| Lowest | 可以将 Thread 安排在具有任何其他优先级的线程之后。 |
| BelowNormal | 可以将 Thread 安排在具有 Normal 优先级的线程之后，在具有 Lowest 优先级的线程之前。 |
| Normal | 默认选择。可以将 Thread 安排在具有 AboveNormal 优先级的线程之后，在具有 BelowNormal 优先级的线程之前。 |
| AboveNormal | 可以将 Thread 安排在具有 Highest 优先级的线程之后，在具有 Normal 优先级的线程之前。 |
| Highest | 可以将 Thread 安排在具有任何其他优先级的线程之前。 |
2.1.3 线程的状态
通过ThreadState可以检测线程是处于Unstarted、Sleeping、Running 等等状态，它比 IsAlive 属性能提供更多的特定信息。
前面说过，一个应用程序域中可能包括多个上下文，而通过CurrentContext可以获取线程当前的上下文。
CurrentThread是最常用的一个属性，它是用于获取当前运行的线程。
2.1.4 System.Threading.Thread的方法
Thread 中包括了多个方法来控制线程的创建、挂起、停止、销毁，以后来的例子中会经常使用。
| 方法名称 | 说明 |
|---|---|
| Abort() | 终止本线程。 |
| GetDomain() | 返回当前线程正在其中运行的当前域。 |
| GetDomainId() | 返回当前线程正在其中运行的当前域Id。 |
| Interrupt() | 中断处于 WaitSleepJoin 线程状态的线程。 |
| Join() | 已重载。 阻塞调用线程，直到某个线程终止时为止。 |
| Resume() | 继续运行已挂起的线程。 |
| Start() | 执行本线程。 |
| Suspend() | 挂起当前线程，如果当前线程已属于挂起状态则此不起作用 |
| Sleep() | 把正在运行的线程挂起一段时间。 |
2.1.5 开发实例
以下这个例子，就是通过Thread显示当前线程信息
1 static void Main(string[] args) 2 { 3 Thread thread = Thread.CurrentThread; 4 thread.Name = "Main Thread"; 5 string threadMessage = string.Format("Thread ID:{0}\n Current AppDomainId:{1}\n "+ 6 "Current ContextId:{2}\n Thread Name:{3}\n "+ 7 "Thread State:{4}\n Thread Priority:{5}\n", 8 thread.ManagedThreadId, Thread.GetDomainID(), Thread.CurrentContext.ContextID, 9 thread.Name, thread.ThreadState, thread.Priority);10 Console.WriteLine(threadMessage);11 Console.ReadKey();12 }
运行结果
2.2 System.Threading 命名空间
在System.Threading命名空间内提供多个方法来构建多线程应用程序,其中ThreadPool与Thread是多线程开发中最常用到的，在.NET中专门设定了一个CLR线程池专门用于管理线程的运行，这个CLR线程池正是通过ThreadPool类来管理。而Thread是管理线程的最直接方式，下面几节将详细介绍有关内容。
| 类 | 说明 |
| AutoResetEvent | 通知正在等待的线程已发生事件。无法继承此类。 |
| ExecutionContext | 管理当前线程的执行上下文。无法继承此类。 |
| Interlocked | 为多个线程共享的变量提供原子操作。 |
| Monitor | 提供同步对对象的访问的机制。 |
| Mutex | 一个同步基元，也可用于进程间同步。 |
| Thread | 创建并控制线程，设置其优先级并获取其状态。 |
| ThreadAbortException | 在对 Abort 方法进行调用时引发的异常。无法继承此类。 |
| ThreadPool | 提供一个线程池，该线程池可用于发送工作项、处理异步 I/O、代表其他线程等待以及处理计时器。 |
| Timeout | 包含用于指定无限长的时间的常数。无法继承此类。 |
| Timer | 提供以指定的时间间隔执行方法的机制。无法继承此类。 |
| WaitHandle | 封装等待对共享资源的独占访问的操作系统特定的对象。 |
在System.Threading中的包含了下表中的多个常用委托，其中ThreadStart、ParameterizedThreadStart是最常用到的委托。
由ThreadStart生成的线程是最直接的方式，但由ThreadStart所生成并不受线程池管理。
而ParameterizedThreadStart是为异步触发带参数的方法而设的，在下一节将为大家逐一细说。
| 委托 | 说明 |
|---|---|
| ContextCallback | 表示要在新上下文中调用的方法。 |
| ParameterizedThreadStart | 表示在 Thread 上执行的方法。 |
| ThreadExceptionEventHandler | 表示将要处理 Application 的 ThreadException 事件的方法。 |
| ThreadStart | 表示在 Thread 上执行的方法。 |
| TimerCallback | 表示处理来自 Timer 的调用的方法。 |
| WaitCallback | 表示线程池线程要执行的回调方法。 |
| WaitOrTimerCallback | 表示当 WaitHandle 超时或终止时要调用的方法。 |
2.3 线程的管理方式
通过ThreadStart来创建一个新线程是最直接的方法，但这样创建出来的线程比较难管理，如果创建过多的线程反而会让系统的性能下载。有见及此，.NET为线程管理专门设置了一个CLR线程池，使用CLR线程池系统可以更合理地管理线程的使用。所有请求的服务都能运行于线程池中，当运行结束时线程便会回归到线程池。通过设置，能控制线程池的最大线程数量，在请求超出线程最大值时，线程池能按照操作的优先级别来执行，让部分操作处于等待状态，待有线程回归时再执行操作。
基础知识就为大家介绍到这里，下面将详细介绍多线程的开发。
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三、以ThreadStart方式实现多线程
3.1 使用ThreadStart委托
这里先以一个例子体现一下多线程带来的好处，首先在Message类中建立一个方法ShowMessage()，里面显示了当前运行线程的Id，并使用Thread.Sleep（int ) 方法模拟部分工作。在main()中通过ThreadStart委托绑定Message对象的ShowMessage（）方法，然后通过Thread.Start（）执行异步方法。
1 public class Message 2 { 3 public void ShowMessage() 4 { 5 string message = string.Format("Async threadId is :{0}", 6 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 7 Console.WriteLine(message); 8 9 for (int n = 0; n < 10; n++)10 {11 Thread.Sleep(300); 12 Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString()); 13 }14 }15 }16 17 class Program18 {19 static void Main(string[] args)20 {21 Console.WriteLine("Main threadId is:"+22 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);23 Message message=new Message();24 Thread thread = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage));25 thread.Start();26 Console.WriteLine("Do something ..........!");27 Console.WriteLine("Main thread working is complete!");28 29 }30 }
请注意运行结果，在调用Thread.Start()方法后，系统以异步方式运行Message.ShowMessage()，而主线程的操作是继续执行的，在Message.ShowMessage()完成前，主线程已完成所有的操作。
3.2 使用ParameterizedThreadStart委托
ParameterizedThreadStart委托与ThreadStart委托非常相似，但ParameterizedThreadStart委托是面向带参数方法的。注意ParameterizedThreadStart 对应方法的参数为object，此参数可以为一个值对象，也可以为一个自定义对象。
1 public class Person 2 { 3 public string Name 4 { 5 get; 6 set; 7 } 8 public int Age 9 {10 get;11 set;12 }13 }14 15 public class Message16 {17 public void ShowMessage(object person)18 {19 if (person != null)20 {21 Person _person = (Person)person;22 string message = string.Format("\n{0}‘s age is {1}!\nAsync threadId is:{2}",23 _person.Name,_person.Age,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);24 Console.WriteLine(message);25 }26 for (int n = 0; n < 10; n++)27 {28 Thread.Sleep(300); 29 Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString()); 30 }31 }32 }33 34 class Program35 {36 static void Main(string[] args)37 { 38 Console.WriteLine("Main threadId is:"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);39 40 Message message=new Message();41 //绑定带参数的异步方法42 Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(message.ShowMessage));43 Person person = new Person();44 person.Name = "Jack";45 person.Age = 21;46 thread.Start(person); //启动异步线程 47 48 Console.WriteLine("Do something ..........!");49 Console.WriteLine("Main thread working is complete!");50 51 }52 }
运行结果：
3.3 前台线程与后台线程
注意以上两个例子都没有使用Console.ReadKey（）,但系统依然会等待异步线程完成后才会结束。这是因为使用Thread.Start()启动的线程默认为前台线程，而系统必须等待所有前台线程运行结束后，应用程序域才会自动卸载。
在第二节曾经介绍过线程Thread有一个属性IsBackground，通过把此属性设置为true，就可以把线程设置为后台线程！这时应用程序域将在主线程完成时就被卸载，而不会等待异步线程的运行。
3.4 挂起线程
为了等待其他后台线程完成后再结束主线程，就可以使用Thread.Sleep()方法。
1 public class Message 2 { 3 public void ShowMessage() 4 { 5 string message = string.Format("\nAsync threadId is:{0}", 6 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 7 Console.WriteLine(message); 8 for (int n = 0; n < 10; n++) 9 {10 Thread.Sleep(300);11 Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString());12 }13 }14 }15 16 class Program17 {18 static void Main(string[] args)19 { 20 Console.WriteLine("Main threadId is:"+21 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);22 23 Message message=new Message();24 Thread thread = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage));25 thread.IsBackground = true;26 thread.Start();27 28 Console.WriteLine("Do something ..........!");29 Console.WriteLine("Main thread working is complete!");30 Console.WriteLine("Main thread sleep!");31 Thread.Sleep(5000);32 }33 }
运行结果如下，此时应用程序域将在主线程运行5秒后自动结束
但系统无法预知异步线程需要运行的时间，所以用通过Thread.Sleep（int）阻塞主线程并不是一个好的解决方法。有见及此，.NET专门为等待异步线程完成开发了另一个方法thread.Join()。把上面例子中的最后一行Thread.Sleep（5000）修改为 thread.Join() 就能保证主线程在异步线程thread运行结束后才会终止。
3.5 Suspend 与 Resume （慎用）
Thread.Suspend（）与 Thread.Resume（）是在Framework1.0 就已经存在的老方法了，它们分别可以挂起、恢复线程。但在Framework2.0中就已经明确排斥这两个方法。这是因为一旦某个线程占用了已有的资源，再使用Suspend（）使线程长期处于挂起状态，当在其他线程调用这些资源的时候就会引起死锁！所以在没有必要的情况下应该避免使用这两个方法。
3.6 终止线程
若想终止正在运行的线程，可以使用Abort（）方法。在使用Abort（）的时候，将引发一个特殊异常 ThreadAbortException 。
若想在线程终止前恢复线程的执行，可以在捕获异常后 ,在catch（ThreadAbortException ex）{...} 中调用Thread.ResetAbort（）取消终止。
而使用Thread.Join（）可以保证应用程序域等待异步线程结束后才终止运行。
1 static void Main(string[] args) 2 { 3 Console.WriteLine("Main threadId is:" + 4 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 5 6 Thread thread = new Thread(new ThreadStart(AsyncThread)); 7 thread.IsBackground = true; 8 thread.Start(); 9 thread.Join();10 11 } 12 13 //以异步方式调用14 static void AsyncThread()15 {16 try17 {18 string message = string.Format("\nAsync threadId is:{0}",19 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);20 Console.WriteLine(message);21 22 for (int n = 0; n < 10; n++)23 {24 //当n等于4时，终止线程25 if (n >= 4)26 {27 Thread.CurrentThread.Abort(n);28 }29 Thread.Sleep(300);30 Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString());31 }32 }33 catch (ThreadAbortException ex)34 {35 //输出终止线程时n的值36 if (ex.ExceptionState != null)37 Console.WriteLine(string.Format("Thread abort when the number is: {0}!", 38 ex.ExceptionState.ToString()));39 40 //取消终止，继续执行线程41 Thread.ResetAbort();42 Console.WriteLine("Thread ResetAbort!");43 }44 45 //线程结束46 Console.WriteLine("Thread Close!");47 }
运行结果如下
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四、CLR线程池的工作者线程
4.1 关于CLR线程池
使用ThreadStart与ParameterizedThreadStart建立新线程非常简单，但通过此方法建立的线程难于管理，若建立过多的线程反而会影响系统的性能。
有见及此，.NET引入CLR线程池这个概念。CLR线程池并不会在CLR初始化的时候立刻建立线程，而是在应用程序要创建线程来执行任务时，线程池才初始化一个线程。线程的初始化与其他的线程一样。在完成任务以后，该线程不会自行销毁，而是以挂起的状态返回到线程池。直到应用程序再次向线程池发出请求时，线程池里挂起的线程就会再度激活执行任务。这样既节省了建立线程所造成的性能损耗，也可以让多个任务反复重用同一线程，从而在应用程序生存期内节约大量开销。
注意：通过CLR线程池所建立的线程总是默认为后台线程，优先级数为ThreadPriority.Normal。
4.2 工作者线程与I/O线程
CLR线程池分为工作者线程（workerThreads）与I/O线程 (completionPortThreads) 两种，工作者线程是主要用作管理CLR内部对象的运作，I/O（Input/Output) 线程顾名思义是用于与外部系统交换信息，IO线程的细节将在下一节详细说明。
通过ThreadPool.GetMax（out int workerThreads,out int completionPortThreads )和 ThreadPool.SetMax( int workerThreads, int completionPortThreads)两个方法可以分别读取和设置CLR线程池中工作者线程与I/O线程的最大线程数。在Framework2.0中最大线程默认为25*CPU数，在Framewok3.0、4.0中最大线程数默认为250*CPU数，在近年 I3,I5,I7 CPU出现后，线程池的最大值一般默认为1000、2000。
若想测试线程池中有多少的线程正在投入使用，可以通过ThreadPool.GetAvailableThreads( out int workerThreads,out int completionPortThreads ) 方法。
使用CLR线程池的工作者线程一般有两种方式，一是直接通过 ThreadPool.QueueUserWorkItem() 方法，二是通过委托，下面将逐一细说。
4.3 通过QueueUserWorkItem启动工作者线程
ThreadPool线程池中包含有两个静态方法可以直接启动工作者线程：
一为 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback)
二为 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object)
先把WaitCallback委托指向一个带有Object参数的无返回值方法，再使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback) 就可以异步启动此方法，此时异步方法的参数被视为null 。
1 class Program 2 { 3 static void Main(string[] args) 4 { 5 //把CLR线程池的最大值设置为1000 6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000); 7 //显示主线程启动时线程池信息 8 ThreadMessage("Start"); 9 //启动工作者线程10 ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AsyncCallback));11 Console.ReadKey();12 }13 14 static void AsyncCallback(object state)15 {16 Thread.Sleep(200);17 ThreadMessage("AsyncCallback");18 Console.WriteLine("Async thread do work!");19 }20 21 //显示线程现状22 static void ThreadMessage(string data)23 {24 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}",25 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);26 Console.WriteLine(message);27 }28 }
运行结果
使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object) 方法可以把object对象作为参数传送到回调函数中。
下面例子中就是把一个string对象作为参数发送到回调函数当中。
1 class Program 2 { 3 static void Main(string[] args) 4 { 5 //把线程池的最大值设置为1000 6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000); 7 8 ThreadMessage("Start"); 9 ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AsyncCallback),"Hello Elva");10 Console.ReadKey();11 }12 13 static void AsyncCallback(object state)14 {15 Thread.Sleep(200);16 ThreadMessage("AsyncCallback");17 18 string data = (string)state;19 Console.WriteLine("Async thread do work!\n"+data);20 }21 22 //显示线程现状23 static void ThreadMessage(string data)24 {25 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}",26 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);27 Console.WriteLine(message);28 }29 }
运行结果
通过ThreadPool.QueueUserWorkItem启动工作者线程虽然是方便，但WaitCallback委托指向的必须是一个带有Object参数的无返回值方法，这无疑是一种限制。若方法需要有返回值，或者带有多个参数，这将多费周折。有见及此，.NET提供了另一种方式去建立工作者线程，那就是委托。
4.4 委托类
使用CLR线程池中的工作者线程，最灵活最常用的方式就是使用委托的异步方法，在此先简单介绍一下委托类。
当定义委托后，.NET就会自动创建一个代表该委托的类，下面可以用反射方式显示委托类的方法成员（对反射有兴趣的朋友可以先参考一下“.NET基础篇——反射的奥妙”）
1 class Program 2 { 3 delegate void MyDelegate(); 4 5 static void Main(string[] args) 6 { 7 MyDelegate delegate1 = new MyDelegate(AsyncThread); 8 //显示委托类的几个方法成员 9 var methods=delegate1.GetType().GetMethods();10 if (methods != null)11 foreach (MethodInfo info in methods)12 Console.WriteLine(info.Name);13 Console.ReadKey();14 }15 }
委托类包括以下几个重要方法
1 public class MyDelegate:MulticastDelegate2 {3 public MyDelegate(object target, int methodPtr);4 //调用委托方法5 public virtual void Invoke();6 //异步委托7 public virtual IAsyncResult BeginInvoke(AsyncCallback callback,object state);8 public virtual void EndInvoke(IAsyncResult result);9 }
当调用Invoke（）方法时，对应此委托的所有方法都会被执行。而BeginInvoke与EndInvoke则支持委托方法的异步调用，由BeginInvoke启动的线程都属于CLR线程池中的工作者线程，在下面将详细说明。
4.5 利用BeginInvoke与EndInvoke完成异步委托方法
首先建立一个委托对象，通过IAsyncResult BeginInvoke(string name,AsyncCallback callback,object state) 异步调用委托方法，BeginInvoke 方法除最后的两个参数外，其它参数都是与方法参数相对应的。通过 BeginInvoke 方法将返回一个实现了 System.IAsyncResult 接口的对象，之后就可以利用EndInvoke（IAsyncResult ) 方法就可以结束异步操作，获取委托的运行结果。
1 class Program 2 { 3 delegate string MyDelegate(string name); 4 5 static void Main(string[] args) 6 { 7 ThreadMessage("Main Thread"); 8 9 //建立委托10 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);11 //异步调用委托，获取计算结果12 IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);13 //完成主线程其他工作14 ............. 15 //等待异步方法完成，调用EndInvoke(IAsyncResult)获取运行结果16 string data=myDelegate.EndInvoke(result);17 Console.WriteLine(data);18 19 Console.ReadKey();20 }21 22 static string Hello(string name)23 {24 ThreadMessage("Async Thread");25 Thread.Sleep(2000); //虚拟异步工作26 return "Hello " + name;27 }28 29 //显示当前线程30 static void ThreadMessage(string data)31 {32 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",33 data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);34 Console.WriteLine(message);35 }36 }
运行结果
4.6 善用IAsyncResult
在以上例子中可以看见，如果在使用myDelegate.BeginInvoke后立即调用myDelegate.EndInvoke，那在异步线程未完成工作以前主线程将处于阻塞状态，等到异步线程结束获取计算结果后，主线程才能继续工作，这明显无法展示出多线程的优势。此时可以好好利用IAsyncResult 提高主线程的工作性能，IAsyncResult有以下成员：
1 public interface IAsyncResult2 {3 object AsyncState {get;} //获取用户定义的对象，它限定或包含关于异步操作的信息。4 WailHandle AsyncWaitHandle {get;} //获取用于等待异步操作完成的 WaitHandle。5 bool CompletedSynchronously {get;} //获取异步操作是否同步完成的指示。6 bool IsCompleted {get;} //获取异步操作是否已完成的指示。7 }
通过轮询方式，使用IsCompleted属性判断异步操作是否完成，这样在异步操作未完成前就可以让主线程执行另外的工作。
1 class Program 2 { 3 delegate string MyDelegate(string name); 4 5 static void Main(string[] args) 6 { 7 ThreadMessage("Main Thread"); 8 9 //建立委托10 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);11 //异步调用委托，获取计算结果12 IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);13 //在异步线程未完成前执行其他工作14 while (!result.IsCompleted)15 {16 Thread.Sleep(200); //虚拟操作17 Console.WriteLine("Main thead do work!");18 }19 string data=myDelegate.EndInvoke(result);20 Console.WriteLine(data);21 22 Console.ReadKey();23 }24 25 static string Hello(string name)26 {27 ThreadMessage("Async Thread");28 Thread.Sleep(2000);29 return "Hello " + name;30 }31 32 static void ThreadMessage(string data)33 {34 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",35 data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);36 Console.WriteLine(message);37 }38 }
运行结果：
除此以外，也可以使用WailHandle完成同样的工作，WaitHandle里面包含有一个方法WaitOne（int timeout），它可以判断委托是否完成工作，在工作未完成前主线程可以继续其他工作。运行下面代码可得到与使用 IAsyncResult.IsCompleted 同样的结果，而且更简单方便 。
1 namespace Test 2 { 3 class Program 4 { 5 delegate string MyDelegate(string name); 6 7 static void Main(string[] args) 8 { 9 ThreadMessage("Main Thread");10 11 //建立委托12 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);13 14 //异步调用委托，获取计算结果15 IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);16 17 while (!result.AsyncWaitHandle.WaitOne(200))18 {19 Console.WriteLine("Main thead do work!");20 }21 string data=myDelegate.EndInvoke(result);22 Console.WriteLine(data);23 24 Console.ReadKey();25 }26 27 static string Hello(string name)28 {29 ThreadMessage("Async Thread");30 Thread.Sleep(2000);31 return "Hello " + name;32 }33 34 static void ThreadMessage(string data)35 {36 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",37 data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);38 Console.WriteLine(message);39 }40 }
当要监视多个运行对象的时候，使用IAsyncResult.WaitHandle.WaitOne可就派不上用场了。
幸好.NET为WaitHandle准备了另外两个静态方法：WaitAny（waitHandle[], int）与WaitAll (waitHandle[] , int)。
其中WaitAll在等待所有waitHandle完成后再返回一个bool值。
而WaitAny是等待其中一个waitHandle完成后就返回一个int，这个int是代表已完成waitHandle在waitHandle[]中的数组索引。
下面就是使用WaitAll的例子，运行结果与使用 IAsyncResult.IsCompleted 相同。
1 class Program 2 { 3 delegate string MyDelegate(string name); 4 5 static void Main(string[] args) 6 { 7 ThreadMessage("Main Thread"); 8 9 //建立委托10 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);11 12 //异步调用委托，获取计算结果13 IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);14 15 //此处可加入多个检测对象16 WaitHandle[] waitHandleList = new WaitHandle[] { result.AsyncWaitHandle,........ };17 while (!WaitHandle.WaitAll(waitHandleList,200))18 {19 Console.WriteLine("Main thead do work!");20 }21 string data=myDelegate.EndInvoke(result);22 Console.WriteLine(data);23 24 Console.ReadKey();25 }26 27 static string Hello(string name)28 {29 ThreadMessage("Async Thread");30 Thread.Sleep(2000);31 return "Hello " + name;32 }33 34 static void ThreadMessage(string data)35 {36 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",37 data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);38 Console.WriteLine(message);39 }40 }
4.7 回调函数
使用轮询方式来检测异步方法的状态非常麻烦，而且效率不高，有见及此，.NET为 IAsyncResult BeginInvoke（AsyncCallback , object）准备了一个回调函数。使用 AsyncCallback 就可以绑定一个方法作为回调函数，回调函数必须是带参数 IAsyncResult 且无返回值的方法： void AsycnCallbackMethod(IAsyncResult result) 。在BeginInvoke方法完成后，系统就会调用AsyncCallback所绑定的回调函数,最后回调函数中调用 XXX EndInvoke（IAsyncResult result) 就可以结束异步方法，它的返回值类型与委托的返回值一致。
1 class Program 2 { 3 delegate string MyDelegate(string name); 4 5 static void Main(string[] args) 6 { 7 ThreadMessage("Main Thread"); 8 9 //建立委托10 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);11 //异步调用委托，获取计算结果12 myDelegate.BeginInvoke("Leslie", new AsyncCallback(Completed), null);13 //在启动异步线程后，主线程可以继续工作而不需要等待14 for (int n = 0; n < 6; n++)15 Console.WriteLine(" Main thread do work!");16 Console.WriteLine("");17 18 Console.ReadKey();19 }20 21 static string Hello(string name)22 {23 ThreadMessage("Async Thread");24 Thread.Sleep(2000); \\模拟异步操作25 return "\nHello " + name;26 }27 28 static void Completed(IAsyncResult result)29 {30 ThreadMessage("Async Completed");31 32 //获取委托对象，调用EndInvoke方法获取运行结果33 AsyncResult _result = (AsyncResult)result;34 MyDelegate myDelegate = (MyDelegate)_result.AsyncDelegate;35 string data = myDelegate.EndInvoke(_result);36 Console.WriteLine(data);37 }38 39 static void ThreadMessage(string data)40 {41 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",42 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);43 Console.WriteLine(message);44 }45 }
可以看到，主线在调用BeginInvoke方法可以继续执行其他命令，而无需再等待了，这无疑比使用轮询方式判断异步方法是否完成更有优势。
在异步方法执行完成后将会调用AsyncCallback所绑定的回调函数，注意一点，回调函数依然是在异步线程中执行，这样就不会影响主线程的运行，这也使用回调函数最值得青昧的地方。
在回调函数中有一个既定的参数IAsyncResult,把IAsyncResult强制转换为AsyncResult后，就可以通过 AsyncResult.AsyncDelegate 获取原委托，再使用EndInvoke方法获取计算结果。
运行结果如下：
如果想为回调函数传送一些外部信息，就可以利用BeginInvoke(AsyncCallback,object)的最后一个参数object,它允许外部向回调函数输入任何类型的参数。只需要在回调函数中利用 AsyncResult.AsyncState 就可以获取object对象。
1 class Program 2 { 3 public class Person 4 { 5 public string Name; 6 public int Age; 7 } 8 9 delegate string MyDelegate(string name);10 11 static void Main(string[] args)12 {13 ThreadMessage("Main Thread");14 15 //建立委托16 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);17 18 //建立Person对象19 Person person = new Person();20 person.Name = "Elva";21 person.Age = 27;22 23 //异步调用委托，输入参数对象person, 获取计算结果24 myDelegate.BeginInvoke("Leslie", new AsyncCallback(Completed), person); 25 26 //在启动异步线程后，主线程可以继续工作而不需要等待27 for (int n = 0; n < 6; n++)28 Console.WriteLine(" Main thread do work!");29 Console.WriteLine("");30 31 Console.ReadKey();32 }33 34 static string Hello(string name)35 {36 ThreadMessage("Async Thread");37 Thread.Sleep(2000);38 return "\nHello " + name;39 }40 41 static void Completed(IAsyncResult result)42 {43 ThreadMessage("Async Completed");44 45 //获取委托对象，调用EndInvoke方法获取运行结果46 AsyncResult _result = (AsyncResult)result;47 MyDelegate myDelegate = (MyDelegate)_result.AsyncDelegate;48 string data = myDelegate.EndInvoke(_result);49 //获取Person对象50 Person person = (Person)result.AsyncState;51 string message = person.Name + "‘s age is " + person.Age.ToString();52 53 Console.WriteLine(data+"\n"+message);54 }55 56 static void ThreadMessage(string data)57 {58 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",59 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);60 Console.WriteLine(message);61 }62 }
运行结果:
关于I/O线程、SqlCommand多线程查询、PLINQ、定时器与锁的内容将在C#综合揭秘——细说多线程（下）中详细介绍。