歡迎各位來(lái)到 C# 語(yǔ)法教程的最后一個(gè)板塊：多線程（Multi-threading）。多線程往往是眾多編程語(yǔ)言里較難的部分，所以經(jīng)常被許多編程語(yǔ)言放在最后來(lái)給大家介紹。多線程用好了可以讓代碼工作效率提升，但用不好可能會(huì)使得程序出現(xiàn)非常多奇奇怪怪的異常錯(cuò)誤導(dǎo)致程序穩(wěn)定性變差。所以，學(xué)會(huì)它們還需要自己下來(lái)多多思考和使用。

Part 1 何為多線程

多線程是一種機(jī)制，它允許我們把一個(gè)程序分成多個(gè)不同的線程（Thread）來(lái)并行（Parallel）執(zhí)行。當(dāng)然，這個(gè)說(shuō)法初學(xué)肯定是看不太懂的，下面我們來(lái)說(shuō)一下，什么是線程，什么是并行。

你可以把整個(gè)程序比喻成一個(gè)工廠。這個(gè)工廠生產(chǎn)零部件提供給別的地方使用。整個(gè)工廠一般情況下只有一個(gè)小組在完成人物。這個(gè)小組整體被我們稱為一個(gè)線程。換句話說(shuō)，一個(gè)程序一般只有一個(gè)線程在運(yùn)作，完成我們想要做的任務(wù)。這個(gè)唯一的線程，我們稱為主線程（Main Thread）。為什么叫主線程呢，線程不就一個(gè)嗎，那還分個(gè)啥主次呢？

實(shí)際上，C# 仍然允許我們創(chuàng)建額外的線程（具象化理解就是，一個(gè)工廠允許招聘額外的小組團(tuán)隊(duì)來(lái)協(xié)同主隊(duì)伍，即主線程完成任務(wù)）；而其它額外的線程我們都稱為副線程、次要線程或者輔助線程（Auxiliary Thread）。副線程可以有很多，但主線程只有一個(gè)，它們是這樣的關(guān)系。

只要包含兩個(gè)及以上的線程數(shù)量的話，我們就可以稱這個(gè)程序使用了多線程技術(shù)。

線程的出現(xiàn)是為了復(fù)雜的行為簡(jiǎn)單化，把同一個(gè)任務(wù)（如果能分化成小零件的話）分線程執(zhí)行，然后歸并到一起形成結(jié)果，加快程序執(zhí)行效率的一種非常棒的技術(shù)。但問(wèn)題就在于，線程一旦發(fā)出，就不容易控制了。你想想這個(gè)道理：我在主線程工作，一旦我把任務(wù)委派給各個(gè)副線程執(zhí)行的話，因?yàn)槲抑还苤骶€程，所以副線程就不再受我控制。如果代碼書(shū)寫(xiě)的內(nèi)容不合適的話，由于無(wú)法在運(yùn)行期間控制別的線程，就會(huì)導(dǎo)致程序出現(xiàn)意想不到的問(wèn)題。所以，對(duì)初學(xué)的朋友來(lái)說(shuō)，多線程的弊大于利；但是有了豐富的經(jīng)驗(yàn)之后，多線程能夠幫助我們完成很復(fù)雜的任務(wù)，因此對(duì)于他們來(lái)說(shuō)利大于弊。多線程技術(shù)就是這么一個(gè)東西。

Part 2 線程的分類

線程分兩類，前臺(tái)線程（Foreground Thread）和后臺(tái)線程（Background Thread）。

2-1 前臺(tái)線程

前臺(tái)線程是程序一旦發(fā)出就不受控制的線程，它不依賴什么，可以通過(guò) new Thread 的語(yǔ)句來(lái)生成：

假設(shè)我們有一個(gè) ThreadProc 方法（這個(gè) proc 是 process 的縮寫(xiě)，如果后面單詞有這類型的縮寫(xiě)的話你先記一下吧……實(shí)際上老外也經(jīng)常用 proc 表示 process 的縮寫(xiě)，用在方法里當(dāng)標(biāo)識(shí)符或者標(biāo)識(shí)符一部分），它是一個(gè)無(wú)參無(wú)返回值的方法。然后我們通過(guò)第一行代碼，使用 new Thread 生成 Thread 類型的對(duì)象。這個(gè) Thread 的實(shí)例默認(rèn)情況下，就是前臺(tái)線程。

這個(gè)實(shí)例化行為需要傳入一個(gè)參數(shù)。參數(shù)是一個(gè)叫做 ThreadStart 的委托類型。這個(gè)委托類型大概長(zhǎng)這樣：

是的，它無(wú)參無(wú)返回值。所以我們傳入的方法名必須匹配簽名，也得是無(wú)參無(wú)返回值。這樣的話，一會(huì)兒?jiǎn)?dòng)線程后，它就會(huì)執(zhí)行這個(gè)方法?，F(xiàn)在這么寫(xiě)是為了實(shí)例化的時(shí)候能夠知道我一會(huì)兒線程該做什么。這就是委托類型的方便之處，直接把執(zhí)行方法給參數(shù)化（Parameterize），就可以允許一些方法本身可以以后使用和調(diào)用了。然后，我們認(rèn)為第一行已經(jīng)實(shí)例化了一個(gè)前臺(tái)線程了，現(xiàn)在我們要啟動(dòng)它。很簡(jiǎn)單。Thread 類型里有一個(gè)叫 Start 的實(shí)例方法，你只需要使用 實(shí)例.Start() 就可以開(kāi)始執(zhí)行這個(gè)任務(wù)了。不過(guò)請(qǐng)你注意這幾點(diǎn)。

第一，此時(shí) foregroundThread 是一個(gè)單獨(dú)的線程，一旦發(fā)出就不受控制。如果代碼寫(xiě)得不合適的話，這個(gè)線程怎么都不會(huì)得到終止或者停止運(yùn)行（比如死循環(huán)）。

第二，線程是單獨(dú)執(zhí)行的，因此如果你的主線程不管有沒(méi)有終止（比如從 Main 方法里退出了之類），隔壁那個(gè) foregroundThread 都會(huì)不停運(yùn)作。換句話說(shuō)，這倆線程是并行（Parallel）執(zhí)行的。

第三，只要程序剩下至少一個(gè)線程沒(méi)有終止掉，程序就不算終止掉。換句話說(shuō)，主線程和副線程雖然有主副之分，但它們的行為和目的都是為了程序執(zhí)行更快和分層并行執(zhí)行，所以在線程級(jí)別來(lái)說(shuō)沒(méi)有區(qū)別——它們都是一個(gè)單獨(dú)的線程。我們給它們美其名曰主線程和副線程只是為了區(qū)別和表達(dá)線程之間的關(guān)系。哪怕只剩下一個(gè)副線程執(zhí)行，但主線程已經(jīng)結(jié)束，程序都不算終止。如果副線程陷入死循環(huán)，因?yàn)槌绦驘o(wú)法自動(dòng)終止，所以，請(qǐng)任務(wù)管理器伺候。

根據(jù)這個(gè)第二點(diǎn)來(lái)說(shuō)，假設(shè)我主線程在 Start 了一個(gè)前臺(tái)線程之后再寫(xiě)了執(zhí)行自己的語(yǔ)句的話，比如這樣：

比如這樣。Main 里在第 4 行調(diào)用 Start 創(chuàng)建了一個(gè)單獨(dú)的線程單獨(dú)執(zhí)行輸出單數(shù)的行為，而在 Main 里也有一個(gè) for 循環(huán)，在輸出雙數(shù)。因?yàn)樗鼈冏罱K都使用了 Console.WriteLine 把數(shù)據(jù)打在屏幕上，所以它們是共用同一個(gè)控制臺(tái)的。此時(shí)，你看到的程序結(jié)果是如何的呢？你可以猜想一下。

實(shí)際上啥樣的輸出都可能。你甚至可能看到先出來(lái)單數(shù)（ThreadProc 方法里的輸出）然后才是雙數(shù)（Main 方法里的輸出）。而且順序是不確定的，可能并不會(huì)按照 0、1、2、3、4 這樣的序列，而可以是 1、0、3、2、4 或者 0、1、2、4、6 之類的。這個(gè)數(shù)據(jù)輸出的順序可以認(rèn)為是隨機(jī)的，但它并不是隨機(jī)算法生成的隨機(jī)序列，而是不可控的隨機(jī)序列。因?yàn)榫€程單獨(dú)執(zhí)行后，電腦會(huì)調(diào)配主線程和副線程的執(zhí)行關(guān)系，但因?yàn)樗鼈z是“并肩作戰(zhàn)”、“并駕齊驅(qū)”的，所以系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為它倆既然都在做任務(wù)，干脆就讓隨便哪個(gè)先哪個(gè)后都無(wú)所謂，因此我們是不知道主線程先得到輸出還是副線程先得到輸出的。

這里說(shuō)話其實(shí)不太嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯大體上是對(duì)的。電腦會(huì)調(diào)度（Schedule）同一個(gè)程序里的不同線程，線程在底層是有優(yōu)先級(jí)等等區(qū)分執(zhí)行高低的量的，但是像是剛才的這種聲明形式下，主線程和副線程是一樣的優(yōu)先級(jí)，所以程序完全不考慮誰(shuí)先誰(shuí)后。

有人可能會(huì)問(wèn)我，Main 方法不就是主線程么？你在 Start 副線程的時(shí)候，主線程不是已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài)了么？那不就說(shuō)明主線程已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行了一段時(shí)間了，那不還是 Main 這個(gè)主線程先執(zhí)行？實(shí)際上我這里說(shuō)法是指第 6 行開(kāi)始的這個(gè) for 循環(huán)這部分，和 ThreadProc 方法的這個(gè) for 作對(duì)比的。我說(shuō)的意思其實(shí)是，這里第 6 行代碼和第 13 行的這倆 for 的執(zhí)行開(kāi)始先后順序是不知道的。

可能有些人學(xué)過(guò)多線程，會(huì)覺(jué)得我說(shuō)錯(cuò)了。這個(gè)前臺(tái)線程是有比如 Abort 方法來(lái)終止的。實(shí)際上在 .NET 5 開(kāi)始（實(shí)際上我們這份教程也是基于 .NET 5 的 API 開(kāi)始給大家介紹的），Abort 方法已經(jīng)不再允許使用，并永遠(yuǎn)拋出 PlatformNotSupportedException 異常表示在 .NET 平臺(tái)根本不支持使用此方法。所以，此時(shí)的前臺(tái)線程不允許和無(wú)法得到有效終止；而在以前的 API 里，確實(shí)擁有 Abort 方法來(lái)終止，寫(xiě)法是 foregroundThread.Abort()，但它的本質(zhì)也是拋異常來(lái)掐斷程序執(zhí)行，然后你需要在 foreground.Abort() 的外層包裹一個(gè) try-catch (ThreadAbortedException) 來(lái)避免程序?qū)用娴闹袛?。而且，我相?dāng)不建議使用這個(gè)方法，因?yàn)樗槐ＷC線程安全性，這個(gè)后面我們會(huì)提到。

2-2 后臺(tái)線程

前臺(tái)線程是一種開(kāi)始就不受控制的存在。這種東西就非常不好控制，也不安全。所以有了后臺(tái)線程的概念。

后臺(tái)線程是一種受程序自身控制和約束的線程。這種線程會(huì)在主線程終止后自動(dòng)終止，不論你這個(gè)線程做沒(méi)做完。當(dāng)然，如果副線程已經(jīng)完成，主線程終止也跟你這個(gè)線程沒(méi)關(guān)系了（畢竟你這個(gè)副線程現(xiàn)在已經(jīng)結(jié)束了）。后臺(tái)線程從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，它比前臺(tái)線程更棒，因?yàn)槿绻笈_(tái)線程陷入死循環(huán)的話，我們可以在主線程設(shè)定執(zhí)行時(shí)間。假設(shè)在調(diào)用 Start 方法后開(kāi)始計(jì)時(shí)。如果副線程執(zhí)行了超過(guò) 10 秒的時(shí)間，我們可以強(qiáng)制終止掉副線程。

首先，我們介紹一下如何實(shí)例化一個(gè)后臺(tái)線程。后臺(tái)線程和前臺(tái)線程的聲明過(guò)程只差一句話：

是的，我們就在第二行代碼上加了這么一句話：實(shí)例.IsBackground = true;。所有的 Thread 類型實(shí)例都帶有這樣的屬性，它就表示你現(xiàn)在這個(gè)線程是不是后臺(tái)線程。如果是 true 就是后臺(tái)線程，如果是 false 則是前臺(tái)線程。按默認(rèn)情況下來(lái)說(shuō)，線程都是前臺(tái)線程，也就是說(shuō)這個(gè)屬性默認(rèn)是 false。

注意，我們必須在 Start 方法執(zhí)行調(diào)用之前給 IsBackground 賦值，不要寫(xiě)反了。如果你先調(diào)用了 Start 了才來(lái)給 IsBackground 賦值的話，是不會(huì)修改和變更線程信息的，而且會(huì)引起線程級(jí)別的異常，因此必須先 IsBackground 屬性賦值，然后才是 Start 方法。

Part 3 父線程和子線程

這只是一個(gè)概念。從線程 A 里面創(chuàng)建了別的線程的話，此時(shí)線程 A 稱為父線程（Parent Thread），而別的線程就稱為子線程（Child Thread）。

父和子的翻譯方式對(duì)應(yīng)不上 parent 和 child 這兩個(gè)單詞，這可能是文獻(xiàn)的翻譯錯(cuò)誤，但將錯(cuò)就錯(cuò)了。在計(jì)算機(jī)科學(xué)里我們經(jīng)常把高一級(jí)別的東西稱為父級(jí)，而低一級(jí)別的叫子級(jí)。但在英語(yǔ)文獻(xiàn)里，為了減少對(duì)性別的特征闡述，采用的是 parent（雙親）和 child（孩子）這兩個(gè)單詞，但中文里翻譯成了父和子，而不是雙親和孩子。比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里二叉樹(shù)里的概念父節(jié)點(diǎn)（也可以寫(xiě)成結(jié)點(diǎn)，下同）和子節(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)），雖然也有叫雙親節(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）和孩子節(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）的，但這種說(shuō)法第一是沒(méi)有父子節(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）說(shuō)得多，二來(lái)是不夠正式化。

然后，請(qǐng)不要對(duì)這種術(shù)語(yǔ)詞上進(jìn)行較真。翻譯成父和子并非性別上的歧視，只是一個(gè)翻譯問(wèn)題。

比如，我在主線程里創(chuàng)建了一個(gè) Thread 類型的實(shí)例。不管這個(gè)實(shí)例是前臺(tái)還是后臺(tái)的，因?yàn)槭侵骶€程里創(chuàng)建的，所以我們稱主線程叫父線程，而創(chuàng)建出來(lái)的這個(gè) Thread 實(shí)例則是子線程。

Part 4 其它關(guān)于線程的慣用詞匯

有些其它的詞語(yǔ)我們需要單獨(dú)介紹，因?yàn)樗鼈円脖容^重要。它們不是術(shù)語(yǔ)詞，所以可能找不到對(duì)應(yīng)和合適的英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)詞，但是這里口語(yǔ)上用得非常多，所以提一嘴。

• 開(kāi)一個(gè)線程：創(chuàng)建一個(gè)線程。

• 掐斷、掐掉、殺掉一個(gè)線程：終止線程。一般用于終止后臺(tái)線程上。

• 中斷、阻塞線程：讓線程的執(zhí)行操作暫時(shí)中斷和凍結(jié)。中斷并非終止，而更多被理解成暫停。