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C# 线程基础

介绍​

在C#中，线程是程序执行的最小单元。多线程编程允许你同时运行多个线程，从而提高程序的性能和响应能力。理解线程的基础知识是掌握并发编程的关键。

什么是线程？​

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的资源，但每个线程有自己的执行路径。

创建线程​

在C#中，你可以使用 System.Threading.Thread 类来创建和管理线程。以下是一个简单的示例，展示了如何创建并启动一个线程：

csharp
using System;
using System.Threading;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 创建一个新线程
        Thread thread = new Thread(DoWork);
        
        // 启动线程
        thread.Start();
        
        // 主线程继续执行其他任务
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Console.WriteLine("主线程: " + i);
            Thread.Sleep(500);
        }
    }

    static void DoWork()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Console.WriteLine("工作线程: " + i);
            Thread.Sleep(500);
        }
    }
}

输出示例​

主线程: 0
工作线程: 0
主线程: 1
工作线程: 1
主线程: 2
工作线程: 2
主线程: 3
工作线程: 3
主线程: 4
工作线程: 4

在这个示例中，主线程和工作线程交替执行，展示了多线程的基本行为。

线程同步​

当多个线程访问共享资源时，可能会出现竞争条件。为了避免这种情况，C# 提供了多种同步机制，如 lock 语句、Monitor 类、Mutex 等。

以下是一个使用 lock 语句的示例：

csharp
using System;
using System.Threading;

class Program
{
    private static object lockObject = new object();
    private static int sharedResource = 0;

    static void Main()
    {
        Thread thread1 = new Thread(IncrementResource);
        Thread thread2 = new Thread(IncrementResource);
        
        thread1.Start();
        thread2.Start();
        
        thread1.Join();
        thread2.Join();
        
        Console.WriteLine("共享资源的值: " + sharedResource);
    }

    static void IncrementResource()
    {
        for (int i = 0; i < 100000; i++)
        {
            lock (lockObject)
            {
                sharedResource++;
            }
        }
    }
}

输出示例​

共享资源的值: 200000

在这个示例中，lock 语句确保了 sharedResource 的原子性操作，避免了竞争条件。

实际案例：多线程下载器​

假设你需要编写一个多线程下载器，可以同时下载多个文件。以下是一个简化的示例：

csharp
using System;
using System.Net;
using System.Threading;

class Program
{
    static void Main()
    {
        string[] urls = { "http://example.com/file1.zip", "http://example.com/file2.zip" };
        
        foreach (var url in urls)
        {
            Thread thread = new Thread(() => DownloadFile(url));
            thread.Start();
        }
    }

    static void DownloadFile(string url)
    {
        using (WebClient client = new WebClient())
        {
            string fileName = url.Substring(url.LastIndexOf('/') + 1);
            client.DownloadFile(url, fileName);
            Console.WriteLine("下载完成: " + fileName);
        }
    }
}

在这个案例中，每个文件下载任务都在一个独立的线程中执行，从而提高了下载效率。

总结​

通过本文，你了解了C#中线程的基础知识，包括线程的创建、管理和同步。多线程编程可以显著提高程序的性能，但也带来了复杂性，特别是在处理共享资源时。掌握这些基础知识是进一步学习并发编程的关键。

附加资源​

练习​

  1. 修改第一个示例，使主线程和工作线程交替打印消息，但工作线程的打印次数是主线程的两倍。
  2. 尝试使用 Monitor 类替代 lock 语句来实现线程同步。
  3. 编写一个多线程程序，计算1到1000000之间所有素数的数量，并比较单线程和多线程实现的性能差异。