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c# 面試必備線(xiàn)程基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)

更新時(shí)間：2020年11月10日 11:10:17 作者：精致碼農(nóng) • 王亮

這篇文章主要介紹了c# 面試必備線(xiàn)程基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，幫助大家更好的鞏固，掌握線(xiàn)程的基礎(chǔ)知識(shí)，感興趣的朋友可以了解下

線(xiàn)程的知識(shí)太多，知識(shí)點(diǎn)有深有淺，往深的研究會(huì)涉及操作系統(tǒng)、CPU、內(nèi)存，往淺了說(shuō)就是一些語(yǔ)法。沒(méi)有一定的知識(shí)積累，很難把線(xiàn)程的知識(shí)寫(xiě)得全面，當(dāng)然我也沒(méi)有這個(gè)能力。所以想到一個(gè)點(diǎn)寫(xiě)一個(gè)點(diǎn)，盡量總結(jié)一些有用的知識(shí)點(diǎn)。線(xiàn)程是個(gè)大話(huà)題，這個(gè)系列可能會(huì)有好幾遍關(guān)于線(xiàn)程的，先從基礎(chǔ)的開(kāi)始，熱熱身。

一些基礎(chǔ)概念

線(xiàn)程（Thread）是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。它是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位，一個(gè)進(jìn)程中可以啟動(dòng)多個(gè)線(xiàn)程，每個(gè)線(xiàn)程可以并行執(zhí)行不同的任務(wù)。嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，同一時(shí)間可以并行運(yùn)行的線(xiàn)程數(shù)取決于 CPU 的核數(shù)。

根據(jù)線(xiàn)程運(yùn)行模式，可以把線(xiàn)程分為前臺(tái)線(xiàn)程、后臺(tái)線(xiàn)程和守護(hù)（Daemon）線(xiàn)程：

前臺(tái)線(xiàn)程：主程序必須等待線(xiàn)程執(zhí)行完畢后才可退出程序。C# 中的 Thread 默認(rèn)為前臺(tái)線(xiàn)程，也可以設(shè)置為后臺(tái)線(xiàn)程。
后臺(tái)線(xiàn)程：主程序執(zhí)行完畢立即跟隨退出，不管線(xiàn)程是否執(zhí)行完畢。C# 的 ThreadPool 管理的線(xiàn)程默認(rèn)為后臺(tái)線(xiàn)程。
守護(hù)線(xiàn)程：守護(hù)線(xiàn)程擁有自動(dòng)結(jié)束自己生命周期的特點(diǎn)，它通常被用來(lái)執(zhí)行一些后臺(tái)任務(wù)。

每次開(kāi)啟一個(gè)新的線(xiàn)程都要消耗一定的內(nèi)存，即使線(xiàn)程什么也不做，也會(huì)至少消耗 1M 左右的內(nèi)存。

多線(xiàn)程并行（Parallelism）和并發(fā)（Concurrency）的區(qū)別：

并行：同一時(shí)刻有多條指令在多個(gè)處理器上同時(shí)執(zhí)行，無(wú)論從宏觀還是微觀上都是同時(shí)發(fā)生的。
并發(fā)：是指在同一時(shí)間段內(nèi)，宏觀上看多個(gè)指令看起來(lái)是同時(shí)執(zhí)行，微觀上看是多個(gè)指令進(jìn)程在快速的切換執(zhí)行，同一時(shí)刻可能只有一條指令被執(zhí)行。

PS：以上概念來(lái)源 Google 的多個(gè)搜索結(jié)果，稍加整理。

Thread、ThreadPool 和 Task

對(duì) C# 開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，不可不理解清楚 Thread、ThreadPool 和 Task 這三個(gè)概念。這也是面試頻率很高的話(huà)題，在 StackOverflow 可以找到有很多不錯(cuò)的回答，我總結(jié)整理了一下。

Thread

Thread 是一個(gè)實(shí)際的操作系統(tǒng)級(jí)別的線(xiàn)程（OS 線(xiàn)程），有自己的棧和內(nèi)核資源。Thread 允許最高程度的控制，你可以 Abort、Suspend 或 Resume 一個(gè)線(xiàn)程，你還可以監(jiān)聽(tīng)它的狀態(tài)，設(shè)置它的堆棧大小和 Culture 等屬性。Thread 的開(kāi)銷(xiāo)成本很高，你的每一個(gè)線(xiàn)程都會(huì)為它的堆棧消耗相對(duì)較多的內(nèi)存，并且在線(xiàn)程之間的處理器上下文切換時(shí)會(huì)增加額外的 CPU 開(kāi)銷(xiāo)。

ThreadPool

ThreadPool（線(xiàn)程池）是一堆線(xiàn)程的包裝器，由 CLR 維護(hù)。你對(duì)線(xiàn)程池中的線(xiàn)程沒(méi)有任何控制權(quán)，你甚至無(wú)法知道線(xiàn)程池什么時(shí)候開(kāi)始執(zhí)行你提交的任務(wù)，你只能控制線(xiàn)程池的大小。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，線(xiàn)程池調(diào)用線(xiàn)程的機(jī)制是，它首先調(diào)用已創(chuàng)建的空閑線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行你的任務(wù)，如果當(dāng)前沒(méi)有空閑線(xiàn)程，可能會(huì)創(chuàng)建新線(xiàn)程，也可能會(huì)等待。

使用 ThreadPool 可以避免創(chuàng)建太多線(xiàn)程的開(kāi)銷(xiāo)。但是，如果你向 ThreadPool 提交了太多長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，它可能會(huì)被填滿(mǎn)，這時(shí)你提交的后面的任務(wù)可能最終會(huì)等待前面的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)執(zhí)行完成。此外，線(xiàn)程池沒(méi)有提供任何方法來(lái)檢測(cè)一個(gè)工作任務(wù)何時(shí)完成（不像 Thread.Join()），也沒(méi)有方法來(lái)獲取結(jié)果。因此，ThreadPool 最好用于調(diào)用者不需要結(jié)果的短時(shí)操作。

Task

Task 是 TPL（Task Parallel Library）提供一個(gè)類(lèi)，它在 Thread 和 TheadPool 之間提供了兩全其美的解決方案。和 ThreadPool 一樣，Task 并不創(chuàng)建自己的OS 線(xiàn)程。相反，Task 是由 TaskScheduler 調(diào)度器執(zhí)行的，默認(rèn)的調(diào)度器只是在 ThreadPool 上運(yùn)行。

與 ThreadPool 不同的是，Task 還允許你知道它完成的時(shí)間，并獲取返回一個(gè)結(jié)果。你可以在現(xiàn)有的 Task 上調(diào)用 ContinueWith()，使它在任務(wù)完成后運(yùn)行更多的代碼（如果它已經(jīng)完成，就會(huì)立即運(yùn)行回調(diào)）。

你也可以通過(guò)調(diào)用 Wait() 來(lái)同步等待一個(gè)任務(wù)的完成（或者，通過(guò)獲取它的 Result 屬性）。與 Thread.Join() 一樣，這將阻塞調(diào)用線(xiàn)程，直到任務(wù)完成。通常不建議同步等待任務(wù)執(zhí)行完成，它使調(diào)用線(xiàn)程無(wú)法進(jìn)行任何其他工作。如果當(dāng)前線(xiàn)程要等待其它線(xiàn)程任務(wù)執(zhí)行完成，建議使用 async/await 異步等待，這樣當(dāng)前線(xiàn)程可以空閑出來(lái)去處理其它任務(wù)，比如在 await Task.Delay() 時(shí)，并不占用線(xiàn)程資源。

由于任務(wù)仍然在 ThreadPool 上運(yùn)行，因此不應(yīng)該將其用于長(zhǎng)時(shí)任務(wù)的執(zhí)行，因?yàn)樗鼈儠?huì)填滿(mǎn)線(xiàn)程池并阻塞新的工作任務(wù)。相反，Task 提供了一個(gè) LongRunning 選項(xiàng)，它將告訴 TaskScheduler 啟用一個(gè)新的線(xiàn)程，而不是在 ThreadPool 上運(yùn)行。

所有較新的上層多線(xiàn)程 API，包括 Parallel.ForEach()、PLINQ、async/await 等，都是建立在 Task 上的。

Thread 和 Task 簡(jiǎn)單示例

下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單示例演示 Thread 和 Task 的使用，注意他們是如何創(chuàng)建、傳參、執(zhí)行和等待執(zhí)行完成的。

static void Main(string[] args)
{
  // 創(chuàng)建兩個(gè)新的 Thread
  var thread1 = new Thread(new ThreadStart(() => PerformAction("Thread", 1)));
  var thread2 = new Thread(new ThreadStart(() => PerformAction("Thread", 2)));

  // 開(kāi)始執(zhí)行線(xiàn)程任務(wù)
  thread1.Start();
  thread2.Start();

  // 等待兩個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行完成
  thread1.Join();
  thread1.Join();

  Console.WriteLine("Theads done!");

  Console.WriteLine("===我是分隔線(xiàn)===");

  // 創(chuàng)建兩個(gè)新的 Task
  var task1 = Task.Run(() => PerformAction("Task", 1));
  var task2 = Task.Run(() => PerformAction("Task", 2));

  // 執(zhí)行并等待兩個(gè) Task 執(zhí)行完成
  Task.WaitAll(new[] { task1, task2 });

  Console.WriteLine("Tasks done!");

  Console.ReadKey();
}

static void PerformAction(string threadOrTask, int id)
{
  var rnd = new Random(id);
  for (int i = 0; i < 5; i++)
  {
    Console.WriteLine($"{threadOrTask}: {id}: {i}", id, i);
    Thread.Sleep(rnd.Next(0, 1000));
  }
}

運(yùn)行效果：

注意到，相比之下 Task 比 Thread 好用得多，加上前文 Task 和 Thread 的對(duì)比，對(duì)我們編碼的指導(dǎo)意義是：大多數(shù)情況我們應(yīng)該使用 Task，而不要直接使用 Thread，除非你明確知道你需要一個(gè)獨(dú)立的線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行一個(gè)長(zhǎng)耗時(shí)的任務(wù)。

小結(jié)

本篇內(nèi)容很基礎(chǔ)，整理了 C# 線(xiàn)程編程有關(guān)的重要概念，簡(jiǎn)單演示了 Thread 和 Task 的使用。Thread 和 Task 是高頻面試話(huà)題，尤其是 Thread 和 Task 的區(qū)別，Thread 更底層，Task 更抽象，回答好這類(lèi)面試題的關(guān)鍵點(diǎn)在 ThreadPool。