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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。然而，實現(xiàn)多線程的同時，如何安全有效地管理這些線程（如啟動、停止、暫停和繼續(xù)）是一個重要的問題。

大部分初學(xué)者在學(xué)習(xí)C#上位機編程時，多線程是一個很難逾越的鴻溝，不合理地使用多線程，會導(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。但是在實際開發(fā)中，多線程是一個不可避免的技術(shù)棧，基本上每個項目都會使用到，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# 實現(xiàn)多線程的啟動、停止、暫停和繼續(xù)功能。我們將介紹相關(guān)的理論基礎(chǔ)，分享實用代碼示例，并討論最佳實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)，允許一個程序同時運行多個獨立的執(zhí)行流程，每個執(zhí)行流程稱為一個線程。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，還要管理財務(wù)。雖然你看似在“同時”完成這些任務(wù)，但實際上你是通過高效的時間管理來快速切換不同職責(zé)，從而營造出多任務(wù)并行的假象。

這正是單核CPU實現(xiàn)多線程的方式——通過時間片輪轉(zhuǎn)（Time-Slicing）機制，CPU在極短的時間間隔內(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)都在同時進(jìn)行。

多核CPU與多線程

隨著計算機技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代CPU大多具備多個核心（如8核、16核等），每個核心都可以獨立執(zhí)行任務(wù)。這種多核架構(gòu)真正實現(xiàn)了多線程的優(yōu)勢：多個線程可以在不同的核心上同時運行，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。

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)者仍然對其望而卻步。主要原因在于，如果使用不當(dāng)，多線程可能會引發(fā)各種難以調(diào)試的問題，如競態(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)識到，多線程本質(zhì)上是"不可控"的。不應(yīng)將其視為簡單的開關(guān)機制——需要時開啟，不需要時關(guān)閉。實際上，多線程的執(zhí)行依賴于CPU調(diào)度器的決定。

當(dāng)我們說"啟動多線程"時，實際上是告訴操作系統(tǒng)這個線程可以運行了，但具體何時開始或停止，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踐。

.NET 4.0：增加了 Parallel 類庫，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、停止、暫停和繼續(xù)。這些工具不僅簡化了多線程編程，還提高了代碼的安全性和可靠性。

例如：

啟動線程：使用 Thread.Start() 或 Task.Run() 來啟動新線程或任務(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：利用信號量、事件等待句柄 (EventWaitHandle) 和其他同步原語實現(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單和直觀。Task 支持多種啟動方式，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現(xiàn)一個簡單的案例。

創(chuàng)建一個簡單的程序，其中包含一個值類型的變量，該變量每間隔 100 毫秒自增一次，當(dāng)達(dá)到某個設(shè)定值后重新從零開始計數(shù)，并將當(dāng)前值顯示在界面上。這個例子展示了如何在后臺線程中執(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cts對象，這個對象就是CancellationTokenSource的對象，因此我們需要創(chuàng)建一個CancellationTokenSource對象cts，同時在屬性CurrentValue中，要顯示控件的值，這里需要用到委托實現(xiàn)跨線程訪問的問題，這個我們后續(xù)專題講解，代碼如下：

然后在啟動線程按鈕的事件里，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)而實現(xiàn)多線程的控制，這里的cts.IsCancellationRequested類似于一個布爾類型的標(biāo)志位，但是CancellationTokenSource的作用不僅如此，還可以在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)多線程超時判斷，注冊事件等更復(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對象——ManualResetEvent，這個對象會有一個值，這個值是布爾類型，就像一個門閘一樣，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)用這個對象的Reset方法，想要繼續(xù)多線程就調(diào)用這個對象的Set方法，使用非常簡單。首先我們創(chuàng)建一下這個對象，可以通過構(gòu)造方法，給這個對象賦初始值，我這里為True，這樣就能直接運行，不會阻塞，代碼如下：

但是如果希望這個對象與多線程有所聯(lián)系，必須要在多線程的方法里體現(xiàn)這個對象的作用，這個是調(diào)用這個對象的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ETC識別的過程，識別成功才會抬桿，識別不對，桿子是不會自動抬起的，這個是一樣的道理。所以線程執(zhí)行代碼修改如下：

對比一下，其實就是加了一個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)別在于一個是手動，一個是自動，AutoResetEvent會在置位之后自動復(fù)位，這樣體現(xiàn)在多線程里，就是會只執(zhí)行一次，就像大家進(jìn)小區(qū)一樣，如果有10輛車在排隊，這時候如果自動模式，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)雖然強大，但也伴隨著一定的復(fù)雜性和風(fēng)險。理解其本質(zhì)，并熟練掌握 .NET 框架提供的工具和最佳實踐，可以幫助大家更好地面對這些問題，充分利用多核 CPU 的性能優(yōu)勢。隨著 .NET 框架的不斷演進(jìn)，多線程編程變得越來越簡單和安全，為程序開發(fā)提供了堅實的基礎(chǔ)。