前言

多線程編程是提升應(yīng)用程序性能和響應(yīng)能力的關(guān)鍵技術(shù)之一。C# 提供了強(qiáng)大的多線程支持，能夠輕松創(chuàng)建并發(fā)任務(wù)，優(yōu)化資源利用，并改善用戶體驗(yàn)。然而，實(shí)現(xiàn)多線程的同時(shí)，如何安全有效地管理這些線程（如啟動(dòng)、停止、暫停和繼續(xù)）是一個(gè)重要的問題。

大部分初學(xué)者在學(xué)習(xí)C#上位機(jī)編程時(shí)，多線程是一個(gè)很難逾越的鴻溝，不合理地使用多線程，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)各種奇怪的問題，這也是很多初學(xué)者不敢使用多線程的原因。但是在實(shí)際開發(fā)中，多線程是一個(gè)不可避免的技術(shù)棧，基本上每個(gè)項(xiàng)目都會(huì)使用到，因此學(xué)好多線程技術(shù)，很重要。

本文將深入探討如何使用 C# 實(shí)現(xiàn)多線程的啟動(dòng)、停止、暫停和繼續(xù)功能。我們將介紹相關(guān)的理論基礎(chǔ)，分享實(shí)用代碼示例，并討論最佳實(shí)踐和常見問題的解決方案。

多線程原理

什么是多線程？

多線程是一種編程技術(shù)，允許一個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行流程，每個(gè)執(zhí)行流程稱為一個(gè)線程。通過這種方式，程序可以提高并發(fā)性和效率，更有效地利用系統(tǒng)資源。

單核CPU與多線程

想象一下創(chuàng)業(yè)初期的情景：你可能需要身兼多職，既要處理業(yè)務(wù)，又要負(fù)責(zé)技術(shù)支持，還要管理財(cái)務(wù)。雖然你看似在“同時(shí)”完成這些任務(wù)，但實(shí)際上你是通過高效的時(shí)間管理來快速切換不同職責(zé)，從而營(yíng)造出多任務(wù)并行的假象。

這正是單核CPU實(shí)現(xiàn)多線程的方式——通過時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（Time-Slicing）機(jī)制，CPU在極短的時(shí)間間隔內(nèi)（通常為10-100毫秒）快速切換不同的線程，使得用戶感覺所有任務(wù)都在同時(shí)進(jìn)行。

多核CPU與多線程

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代CPU大多具備多個(gè)核心（如8核、16核等），每個(gè)核心都可以獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)。這種多核架構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)了多線程的優(yōu)勢(shì)：多個(gè)線程可以在不同的核心上同時(shí)運(yùn)行，從而使多段邏輯能夠并行處理。

充分利用多核CPU的多線程能力，不僅可以顯著提升應(yīng)用程序的性能，還能最大限度地發(fā)揮硬件潛力。如果不使用多線程，就如同擁有一輛高性能跑車卻只用于日常代步，未能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

多線程發(fā)展

多線程的重要性與挑戰(zhàn)

盡管多線程技術(shù)能夠顯著提升代碼的執(zhí)行效率和CPU資源利用率，許多開發(fā)者仍然對(duì)其望而卻步。主要原因在于，如果使用不當(dāng)，多線程可能會(huì)引發(fā)各種難以調(diào)試的問題，如競(jìng)態(tài)條件、死鎖和數(shù)據(jù)不一致等。

理解多線程的本質(zhì)

重要的是要認(rèn)識(shí)到，多線程本質(zhì)上是"不可控"的。不應(yīng)將其視為簡(jiǎn)單的開關(guān)機(jī)制——需要時(shí)開啟，不需要時(shí)關(guān)閉。實(shí)際上，多線程的執(zhí)行依賴于CPU調(diào)度器的決定。

當(dāng)我們說"啟動(dòng)多線程"時(shí)，實(shí)際上是告訴操作系統(tǒng)這個(gè)線程可以運(yùn)行了，但具體何時(shí)開始或停止，則由CPU根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)來決定。因此，開發(fā)人員只能通過間接的方式控制線程的行為。

.NET 框架中的多線程演進(jìn)

微軟在多線程支持方面不斷進(jìn)步，.NET 框架也經(jīng)歷了多個(gè)版本的迭代：

.NET 1.0：引入了 Thread 類，提供了基本的多線程支持。

.NET 2.0：推出了 ThreadPool 線程池，提高了線程管理和資源利用的效率。

.NET 3.0：引入了 Task 類，簡(jiǎn)化了并發(fā)任務(wù)的管理，并逐漸成為多線程編程的最佳實(shí)踐。

.NET 4.0：增加了 Parallel 類庫(kù)，支持并行編程，進(jìn)一步提升了復(fù)雜任務(wù)處理的能力。

.NET 4.5：引入了 async/await 關(guān)鍵字，使得異步編程更加簡(jiǎn)潔直觀，極大地方便了編寫非阻塞代碼。

控制多線程的方法

.NET 框架提供的接口（方法）允許開發(fā)人員間接地控制多線程的啟動(dòng)、停止、暫停和繼續(xù)。這些工具不僅簡(jiǎn)化了多線程編程，還提高了代碼的安全性和可靠性。

例如：

啟動(dòng)線程：使用 Thread.Start() 或 Task.Run() 來啟動(dòng)新線程或任務(wù)。

停止線程：通過設(shè)置取消標(biāo)記或使用 CancellationToken 安全終止線程。

暫停與繼續(xù)線程：利用信號(hào)量、事件等待句柄 (EventWaitHandle) 和其他同步原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)線程的暫停和恢復(fù)。

多線程啟停

Task 類是 .NET 中用于處理多線程和異步操作的核心類之一，提供了豐富的 API 函數(shù)，使得多線程管理變得更加簡(jiǎn)單和直觀。Task 支持多種啟動(dòng)方式，如 Task.Run、Task.Factory.StartNew 和 Start 等。

下面將以 Task.Run 為例，演示如何使用多線程實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的案例。

創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，其中包含一個(gè)值類型的變量，該變量每間隔 100 毫秒自增一次，當(dāng)達(dá)到某個(gè)設(shè)定值后重新從零開始計(jì)數(shù)，并將當(dāng)前值顯示在界面上。這個(gè)例子展示了如何在后臺(tái)線程中執(zhí)行重復(fù)任務(wù)，并安全地更新 UI 線程上的控件。

所以該任務(wù)執(zhí)行代碼如下：

我們可以看到在方法里調(diào)用了一個(gè)cts對(duì)象，這個(gè)對(duì)象就是CancellationTokenSource的對(duì)象，因此我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)CancellationTokenSource對(duì)象cts，同時(shí)在屬性CurrentValue中，要顯示控件的值，這里需要用到委托實(shí)現(xiàn)跨線程訪問的問題，這個(gè)我們后續(xù)專題講解，代碼如下：

然后在啟動(dòng)線程按鈕的事件里，編寫代碼如下：

停止線程按鈕的事件里，只需要調(diào)用cts的Cancel方法即可：

我們可以看到，這里就是通過cts來控制cts的IsCancellationRequested屬性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多線程的控制，這里的cts.IsCancellationRequested類似于一個(gè)布爾類型的標(biāo)志位，但是CancellationTokenSource的作用不僅如此，還可以在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多線程超時(shí)判斷，注冊(cè)事件等更復(fù)雜的多線程操作。

多線程暫停繼續(xù)

多線程的暫停繼續(xù)，.NET為我們提供了另外一個(gè)對(duì)象——ManualResetEvent，這個(gè)對(duì)象會(huì)有一個(gè)值，這個(gè)值是布爾類型，就像一個(gè)門閘一樣，True是打開門閘，F(xiàn)alse是關(guān)閉門閘，所以想要暫停多線程就調(diào)用這個(gè)對(duì)象的Reset方法，想要繼續(xù)多線程就調(diào)用這個(gè)對(duì)象的Set方法，使用非常簡(jiǎn)單。首先我們創(chuàng)建一下這個(gè)對(duì)象，可以通過構(gòu)造方法，給這個(gè)對(duì)象賦初始值，我這里為True，這樣就能直接運(yùn)行，不會(huì)阻塞，代碼如下：

但是如果希望這個(gè)對(duì)象與多線程有所聯(lián)系，必須要在多線程的方法里體現(xiàn)這個(gè)對(duì)象的作用，這個(gè)是調(diào)用這個(gè)對(duì)象的WaitOne方法，表示在調(diào)用的地方阻塞住，通過判斷True或者False來決定是否繼續(xù)執(zhí)行，就像大家開車過高速收費(fèi)站一樣，即使現(xiàn)在普遍采用ETC了，在入口也需要減速，有一個(gè)ETC識(shí)別的過程，識(shí)別成功才會(huì)抬桿，識(shí)別不對(duì)，桿子是不會(huì)自動(dòng)抬起的，這個(gè)是一樣的道理。所以線程執(zhí)行代碼修改如下：

對(duì)比一下，其實(shí)就是加了一個(gè)manual.WaitOne()。線程暫停繼續(xù)代碼如下：

暫停繼續(xù)的使用除了ManualResetEvent，還有一個(gè)AutoResetEvent，AutoResetEvent和ManualResetEvent的用法基本上是一樣的，這里就不過多贅述，大家可以自己嘗試一下。

這兩者的區(qū)別在于一個(gè)是手動(dòng)，一個(gè)是自動(dòng)，AutoResetEvent會(huì)在置位之后自動(dòng)復(fù)位，這樣體現(xiàn)在多線程里，就是會(huì)只執(zhí)行一次，就像大家進(jìn)小區(qū)一樣，如果有10輛車在排隊(duì)，這時(shí)候如果自動(dòng)模式，每次都要抬桿落桿，每次只允許進(jìn)一輛車，如果是手動(dòng)模式，可以由保安控制門閘打開，等10輛車都進(jìn)去之后，再由保安將門閘關(guān)閉。

總結(jié)

多線程技術(shù)雖然強(qiáng)大，但也伴隨著一定的復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)。理解其本質(zhì)，并熟練掌握 .NET 框架提供的工具和最佳實(shí)踐，可以幫助大家更好地面對(duì)這些問題，充分利用多核 CPU 的性能優(yōu)勢(shì)。隨著 .NET 框架的不斷演進(jìn)，多線程編程變得越來越簡(jiǎn)單和安全，為程序開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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