MultiThreading programming #1

Thread

What is Thread ?

线程是一个可执行路径，每一个线程可以独立于其他线程执行
每个线程在均进程(Process)内执行，在操作系统中，进行提供了程序运行的独立环境
单线程应用，在进程的独立环境中只跑一个线程，该线程具有独占权
多线程应用，单个进程中跑多个线程，多个线程共享当前的执行环境（尤其是内存）
- 共享：多个线程共同占有某种资源，如一个线程在后台读取数据，另一个线程在数据到达后进行展示。

下面是c#中最简单的异步编程实例：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Thread.CurrentThread.Name = "Main Thread...";
        //开辟一个新线程            
        Thread thread = new Thread(WriteY);
        thread.Name = "Y Thread...";
        thread.Start();
        Thread.Sleep(1);
        //同时在主线程上做一些工作
        System.Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name);
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            System.Console.Write("x");
        }
        

    }

    static void WriteY()
    {
        System.Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name);
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            System.Console.Write("y");
        }
        
    }
}

在单核计算机上，操作系统必须为每个线程分配时间片（Windows下通常为20ms）来模拟并发，从而在本例中，会输出重复的x块与y块
在多核或多处理器的计算机上，使用c#创建的多线程可以真正意义上并行执行。然而，在本例中由于控制台程序处理并发请求机制的微妙性，仍然会得到重复的x块与y块
c#中线程的一些属性：
- 线程一旦开始执行，属性IsAlive就变为true，线程结束就变为false
- 线程结束的条件：线程构造器中传入的委托结束了执行
- 线程一旦结束，便无法重启
- 每个线程都有一个Name属性，通常用于调试，Name只能设置一次，多次更改会抛出异常
- 静态属性Thread.CurrentThread，指向当前执行的线程

Join and Sleep

在线程A中调用另一个线程B实例的Join方法，线程A便会等待线程B执行结束后继续执行。
调用Jion方法时，可在参数中设置一个超时(毫秒/TimeSpan)
- 使用有超时的重载方法时返回值bool类型，true：线程结束；false：超时
Thread.Sleep方法会暂停当前的线程，并等待一段时间
- Thread.Sleep(0)会导致县城立即放弃本身当前时间片，自动将cpu转交给其他线程
- Thread.Yield与Thread.Sleep做同样的事情，不同的是Thread.Yield只会把执行交给同一处理器的其他线程
- 当等待Sleep和Join时，线程处于阻塞状态

class Program
    {
        static Thread thread1;
        static Thread thread2;
        static void Main(string[] args)
        {
            thread1 = new Thread(ThreadProc);
            thread1.Name = "t1";
            thread1.Start();

            thread2 = new Thread(ThreadProc);
            thread2.Name = "t2";
            thread2.Start();
        }


        private static void ThreadProc()
        {
            System.Console.WriteLine($"\nCurrent thread:{Thread.CurrentThread.Name}");
            if(Thread.CurrentThread.Name=="t1"&&
            ((thread2.ThreadState&ThreadState.Unstarted)==0))
                if(thread2.Join(2000))
                    System.Console.WriteLine("t2 has been terminated");
                else
                    System.Console.WriteLine("overtime");

            //TimeSpan(0,0,4) 0h，0m，4s
            Thread.Sleep(new TimeSpan(0,0,4));
            System.Console.WriteLine($"\nCurrent thread:{Thread.CurrentThread.Name}");
            System.Console.WriteLine($"Thread1:{thread1.ThreadState}");
            System.Console.WriteLine($"Thread2:{thread2.ThreadState}");

        }
    }

在一次执行中，输出结果如下：
join_sleep
在此次运行过程中，线程t2首先进入ThreadProc，之后开始Sleep，时间片交给线程t1，if判断成立，t1进入阻塞状态等待t2运行结束。t2Sleep结束后开始运行，运行结束后，t1继续运行直到结束

Blocking

如果线程的执行由于某种原因导致暂停，那么就认为该线程被阻塞了
- 如Sleep、Join
被阻塞的线程会立即将其时间片交给其他线程，从此不再消耗处理器时间，知道满足阻塞结束条件为止
可以通过ThreadState属性来判断线程是否处于阻塞状态
ThreadState是一个flags enum，通过按位与/或来合并数据项

ThreadState变化图如下：

常用的状态只有四个：Unstarted、Running、WaitSleepJoin和Stopped

public static ThreadState Foo(ThreadState ts)
        {
            return ts & (
                ThreadState.Stopped |
                ThreadState.Unstarted |
                ThreadState.WaitSleepJoin
            );
        }

当遇到下列四种情况解除阻塞：
- 阻塞条件被满足
- 操作超时(如果设置了超时)
- 通过Thread.Interrupt()进行打断
- 通过Thread.Abort()进行中止
上下文切换
- 当线程阻塞或解除阻塞时，操作系统执行上下文切换。这会产生少量开销，通常为1或2微秒
I/O密集型与CPU密集型
- 花费大部分时间等待某事发生的操作称为I/O密集型，通常此事指输入/输出，但不是硬性要求，如Thread.Sleep()被视为I/O密集型
- 相反，一个花费大部分时间执行CPU密集型的操作成为CPU密集型
阻塞与忙等待
- 阻塞是在当前线程上同步的等待，Console.ReadLine()、Thread.Sleep()、Thread.Join()都是阻塞操作
- 忙等待以周期性的在一个循环里打转，也是同步的
  while(DataTime.Now<nextStartTime)
- 还有一种异步的操作，在操作完成后触发回调
- 如果条件很快得到满足（在几微秒之内）,短暂的忙等待更为适合，因为他避免了上下文切换的开销