多线程导图笔记

在一个程序中，这些独立运行的程序片断叫作线程，利用它编程的概念就叫作多线程处理。本图整理了C语言中通过Windows API 操作多线程的一些函数，以及CSharp语言中关于多线程、并行编程、异步编程的类。

多任务

• 概念
  • 并发(Concurrency)
    • 各任务宏观上(时间段上)同时进行，微观上(时刻上)交替进行
  • 并行(Parallelism)
    • 各任务宏观上(时间段上)同时进行，微观上(时刻上)也是同时进行
  • 同步(Synchronous)
    • 调用者需要等到被调用者返回后，才继续往下执行
  • 异步(Asynchronous)
    • 调用者不需要等到被调用者返回，就可以继续往下执行
• 多线程、多进程
  • C语言
    • Windows
      • Windows对象
        • Windows创建的Object会被赋予一个状态量
          • Object被激活或正在使用时，无信号
          • Object未被使用时，有信号
        • 等待对象信号
          • WaitForSingleObject(~)
          • WaitForMultipleObject(~)
      • 多线程
        • 创建
          • windows.h
            • CreateThread(~)
              • 线程函数类型：DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID pParm);
          • process.h（推荐）
            • _beginthread(~)
              • 线程函数类型：void __cdecl ThreadProc(void* pParm);
        • 结束
          • windows.h
            • ExitThread(~) //不推荐调用，最好通过线程函数返回结束
          • process.h（推荐）
            • _endthread() //可以在线程函数内调用，也可以通过线程函数返回结束
        • 获取当前线程ID
          • GetCurrentThreadId()
        • 休眠
          • Sleep(~)
        • 同步
          • 概念
            • 在互斥的基础上，通过一些机制实现对资源的有序访问
          • 临界区
            • 对象类型
              • CRITICAL_SECTION
            • 创建
              • InitializeCriticalSection(~)
            • 删除
              • DeleteCriticalSection(~)
            • 进入
              • EnterCriticalSection(~)
                • 提示：不要在临界区调用Sleep或任何Wait函数
            • 离开
              • LeaveCriticalSection(~)
          • 事件
            • 创建
              • CreateEvent(~)
            • 触发事件(使有信号)
              • SetEvent(~)
            • 解除事件触发(使无信号)
              • ResetEvent(~)
                • 自动模式下不需要调用
            • 等待事件
              • 使用 WaitForSingleObject(~)
        • 线程本地存储
          • WinAPI实现
            • 线程外
              • 分配TLS并获取索引
                • 例：DWORD tlsId = TlsAlloc();
              • 释放指定TLS
                • 例：TlsFree(tlsId);
            • 线程内
              • 为索引分配数据内存
                • 例：TlsSetValue(tlsId, GlobalAlloc(GPTR, sizeof(int)));
              • 根据索引获取数据内存
                • 例：int* ptd = TlsGetValue(tlsId);
              • 释放数据内存
                • 例：GlobalFree(ptd);
          • MSVC C语言扩展
            • 变量声明前加 __declspec(thread)
            • 例：__declspec(thread) TDATA td;__declspec(thread) static TDATA td; //局部要加 static
      • 多进程
        • 创建
          • CreateProcess(~)
        • 同步
          • 互斥对象
            • 创建
              • CreateMutex(~)
            • 关闭
              • CloseHandle(~)
            • 加锁
              • WaitForSingleObject(~)
            • 解锁
              • ReleaseMutex(~)
          • 信号量
            • 创建
              • CreateSemaphore(~)
            • 关闭
              • CloseHandle(~)
            • 申请
              • WaitForSingleObject(~)
            • 释放
              • ReleaseSemaphore(~)
  • C++
    • 多线程
      • C++11
  • C#
    • 多线程
      • 创建
        • 命名空间：System.Threading
          • 类：Thread
        • 例：Thread thr = new Thread(new ThreadStart(obj.Fun));thr.Start(~);
      • 获取当前线程ID
        • Thread.CurrentThread.ManagedThreadId
      • 休眠
        • Thread.Sleep(~)
      • 同步
        • lock语句与Monitor类
          • lock语句
            • 作用
              • 将语句块标记为临界区
            • 格式
              • lock (对象或表达式) {......}
                • 最好锁定 private 对象
                • 等价于：bool lockTaken false;try{ System.Threading.Monitor.Enter(对象或表达式, ref lockTaken); if (lockTaken) { ...... }}finally{ if (lockTaken) System.Threading.Monitor.Exit(对象或表达式);}
            • 例：class Num{ private Object thisLock = new Object(); //或 private static readonly Object thisLock = new Object(); public void Test() { lock (thisLock) { ...... } }}
        • ReaderWriterLock类
          • 定义支持单个写线程和多个读线程的锁
        • Interlocked类
          • 为多个线程共享的变量提供原子操作
        • thr.Join(~) 方法
          • 等到线程终止后返回
        • 事件
          • AutoResetEvent类
            • 自动重置事件
            • 主要方法
              • Set()
                • 触发事件
              • Reset()
                • 解除触发事件
              • WaitOne(~)
                • 等待事件
          • ManualResetEvent类
            • 手动重置事件
        • Mutex类
          • 互斥对象，一般用于进程间同步
        • Semaphore类
          • 信号量，一般用于在进程间限制可同时访问某一资源的进(线)程数
        • WaitHandle类
          • 等待句柄，是一个抽象类。是事件、互斥对象、信号量等的基类
      • 线程池
        • ThreadPool类
          • 使用ThreadPool.QueueUserWorkItem(~)提交任务，系统根据任务自动创建线程执行
      • 线程计时器
        • Timer类
          • 在单独线程中定期执行任务
          • 提示：Timer对象使用完毕后，应调用Dispose()方法释放资源
      • 集合的线程安全性
        • 非泛型集合
          • IsSynchoronized属性指示是否线程安全
          • SyncRoot属性获取可同步对集合的访问的对象
            • 供lock语句等使用
          • Synchronized(~)静态方法获取一个线程安全的包装对象
        • 泛型集合
          • 命名空间System.Collections.Concurrent中提供了线程安全的“并发集合类”
      • 窗体中的线程
        • 其他线程中操作界面
          • 需要将这个操作的任务交给创建界面的线程处理
          • 通过界面对象(窗体或控件)的“同步”Invoke(~)或“异步”BeginInvoke(~)方法完成任务提交
            • 可以通过控件的InvokeRequired属性判断是否需要提交
        • BackgroundWorker类
          • 调用其RunWorkerAsync(~)方法，激发DoWork事件执行任务(该事件相对于界面线程是异步的)。方法的参数还会传给事件EventArgs参数的Argument成员。
          • 调用其ReportProgress(~)方法，激发ProgressChanged事件报告任务进度任务。方法的参数还会传给事件EventArgs参数的ProgressPercentage成员。
          • 任务完成后，会激发RunWorkerCompleted事件表示任务完成。任务正常完成时，DoWork事件EventArgs参数的Result成员还会传给RunWorkerCompleted事件EventArgs参数的Result成员。任务被取消时，RunWorkerCompleted事件EventArgs参数的Cancelled成员值为true。任务出现异常时，RunWorkerCompleted事件EventArgs参数的Error成员值不为null。
          • 调用其CancelAsync()方法，取消任务执行。
    • 并行编程
      • 概念
        • 并行程序一般将一个任务分解为多个相互独立的子任务，每个子任务分别由不同的处理器执行，最后，综合各子任务的结果形成整个任务的结果。
        • C#从.Net Framework 4(最好使用4.5以上)起引入了新的类库Task Parallel Libary (任务并行库)，是命名空间System.Threading和System.Threading.Tasks中的一组公共类型API。
      • Task类
        • 创建、执行任务
          • 例：Task<TResult> task = new TaskFactory().StartNew(~);或Task<TResult> task = Task.Run(~);
            • 返回值类型
              • Task
                • 表示一个异步操作
              • Task<TResult>
                • 表示一个可以返回值的异步操作
                • 其中，泛型参数类型是具体任务方法的返回值类型
                • 要得到任务结果，可以使用其Result属性，该属性的get访问器会阻塞调用线程直到任务返回。例：TResult result = task.Result;
        • 等待任务完成
          • task.Wait(~);
        • 等待所有任务完成
          • Task.WaitAll(~)
        • 为当前task指定一个完成后的延续任务
          • task.ContinueWith(~)
        • 多个task的异常合并处理
          • 例：try{ Task.Wait(~);}catch (AggregateException ex){ foreach (Exception inner in ex.InnerExceptions) { ...... }}
      • Parallel类
        • 任务并行
          • Parallel.Invoke(~)
        • 数据并行
          • 针对范围
            • Parallel.For(~)
          • 针对集合
            • Parallel.ForEach(~)
          • 停止执行
            • 上面2个循环委托参数中声明一个ParallelLoopState类型的参数，再在其方法体内调用该参数的Stop()方法
      • 并行Linq (PLinq)
        • 命名空间 System.Linq
        • 对任一Enumerable对象使用AsParallel()方法即可得到并行的查询
          • 例：int[] sor = new int[10];var q = sor.AsParallel().Where(n => n>5);
    • 异步编程
      • 概念
        • 将一些耗时的操作用别的线程执行，必要时等待其结果
      • async和await
        • 是C#5.0引入的关键字
        • async是一个修饰符，表明一个方法是异步方法
        • await是一个操作符，表示等待异步方法执行完毕，并取得Result，实现同步操作
          • 内部有await的方法，必须声明为async方法
        • 例：Task<double> CalcuAsync(int n){ return Task.Run(() => { //由Task线程执行 double s = 1; //计算操作 return s; });} async void CalcuNumberAsync() //异步方法的返回值类型必须为void、Task、Task<T>、或类似Task的类型{ Task<double> calcuNumberTask = CalcuAsync(123); //其他不依赖异步任务返回值的操作 //由调用方线程执行，之后控制权直接交给上层调用者 double result = await calcuNumberTask; //await之后的操作将由Task线程完成执行}
      • 异步方法与事件
        • 如 System.Net.WebClient 类中的 DownloadStringAsync 方法与 DownloadStringCompleted 事件
      • 委托异步调用
        • 委托的BeginInvoke方法进行异步调用
        • 委托的EndInvoke方法等待异步调用完成
        • 例：double Calcu(int n){ double s = 1; //计算操作 return s;} void CalcuNumber(){ Func<int, double> dFunc = Calcu; IAsyncResult calcuRes = dFunc.BeginInvoke(123, null, null); //该方法第3个参数会传给第2个参数即回调方法中参数的AsyncState属性 //其他不依赖异步调用方法返回值的操作 double result = dFunc.EndInvoke(calcuRes); //等待异步调用完成并取得结果}