C#多線程的相關(guān)操作講解

更新時(shí)間：2022年03月20日 15:24:17 作者：.NET開發(fā)菜鳥

本文詳細(xì)講解了C#多線程的相關(guān)操作，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

一、線程異常

我們?cè)趩尉€程中，捕獲異?？梢允褂胻ry-catch，代碼如下所示：

using System;

namespace MultithreadingOption
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region 單線程中捕獲異常
            try
            {
                int[] array = { 1, 23, 61, 678, 23, 45 };
                Console.WriteLine(array[6]);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
            }
            #endregion


            Console.ReadKey();
        }
    }
}

程序運(yùn)行結(jié)果：

那么在多線程中如何捕獲異常呢？是不是也可以使用try-catch進(jìn)行捕獲？我們先看下面的代碼：

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace MultithreadingOption
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region 單線程中捕獲異常
            //try
            //{
            //    int[] array = { 1, 23, 61, 678, 23, 45 };
            //    Console.WriteLine(array[6]);
            //}
            //catch (Exception ex)
            //{
            //    Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
            //}
            #endregion

            #region 多線程中的異常

            try
            {
                for (int i = 0; i < 30; i++)
                {
                    string str = $"main_{i}";
                    // 開啟線程
                    Task.Run(() => 
                    {
                        Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                        if(str.Equals("main_5"))
                        {
                            throw new Exception("main_5 發(fā)生了異常");
                        }
                        else if (str.Equals("main_11"))
                        {
                            throw new Exception("main_11 發(fā)生了異常");
                        }
                        else if (str.Equals("main_18"))
                        {
                            throw new Exception("main_18 發(fā)生了異常");
                        }
                        Console.WriteLine($"{str} 結(jié)束了");

                    });
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
            }


            #endregion

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

程序運(yùn)行結(jié)果：

我們看到結(jié)果中并沒有輸出異常信息，是不是沒有拋出異常呢？我們起代碼進(jìn)行調(diào)試，看調(diào)試信息：

我們看到程序中確實(shí)也拋出了異常，但是程序卻沒有捕獲到，那么異常去哪里了呢？異常被多線程給吞掉了，那么如何在多線程中捕獲異常呢？如果把try-catch寫在線程里面呢？每一個(gè)線程都是單線程的，把try-catch寫在每一個(gè)線程里面就沒有意義了。在多線程中捕獲異常，需要使用到WaitAll()，看下面的代碼：

try
{
     // 定義一個(gè)Task類型的List集合
     List<Task> taskList = new List<Task>();
     for (int i = 0; i < 30; i++)
     {
            string str = $"main_{i}";
            // 開啟線程，并把線程添加到集合中
            taskList.Add(Task.Run(() =>
            {
                 Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                 if (str.Equals("main_5"))
                 {
                     throw new Exception("main_5 發(fā)生了異常");
                 }
                 else if (str.Equals("main_11"))
                 {
                      throw new Exception("main_11 發(fā)生了異常");
                 }
                 else if (str.Equals("main_18"))
                 {
                       throw new Exception("main_18 發(fā)生了異常");
                 }
                 Console.WriteLine($"{str} 結(jié)束了");
          }));
      }

     // 等待所有線程都執(zhí)行完
     Task.WaitAll(taskList.ToArray());
}
catch (Exception ex)
{
      Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
}

我們用代碼進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果：

這時(shí)就可以進(jìn)入到catch里面了，我們監(jiān)視ex，發(fā)現(xiàn)ex是AggregateException類型的異常，我們?cè)谶M(jìn)一步優(yōu)化代碼：

try
{
     // 定義一個(gè)Task類型的List集合
     List<Task> taskList = new List<Task>();
     for (int i = 0; i < 30; i++)
     {
            string str = $"main_{i}";
            // 開啟線程，并把線程添加到集合中
            taskList.Add(Task.Run(() =>
            {
                 Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                 if (str.Equals("main_5"))
                 {
                     throw new Exception("main_5 發(fā)生了異常");
                 }
                 else if (str.Equals("main_11"))
                 {
                      throw new Exception("main_11 發(fā)生了異常");
                 }
                 else if (str.Equals("main_18"))
                 {
                       throw new Exception("main_18 發(fā)生了異常");
                 }
                 Console.WriteLine($"{str} 結(jié)束了");
          }));
      }

     // 等待所有線程都執(zhí)行完
     Task.WaitAll(taskList.ToArray());
}
catch(AggregateException are)
{
     foreach (var exception in are.InnerExceptions)
     {
          Console.WriteLine(exception.Message);
     }
}
catch (Exception ex)
{
      Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
}

最后運(yùn)行程序：

我們發(fā)現(xiàn)這時(shí)就可以捕獲到具體的異常信息了。

二、線程取消

在上面的示例中，我們捕獲到了多線程中發(fā)生的異常，并且也輸出了異常信息，但是這樣是不友好的。在實(shí)際開發(fā)中，我們使用多線程并發(fā)執(zhí)行任務(wù)，假如其中某一個(gè)任務(wù)失敗了或者發(fā)生了異常，我們希望可以通知其他的線程，都停止下來，那么該如何做呢？這時(shí)就需要使用到線程取消。

Task不能外部終止任務(wù)，只能自己終止自己。

.Net框架提供了CancellationTokenSource類，該類里面有一個(gè)bool類型的屬性：IsCancellationRequested，默認(rèn)是false，表示是否取消線程。還提供了一個(gè)Cancel()方法，該方法可以把IsCancellationRequested的屬性值設(shè)置為true，并且不能在設(shè)置回去。代碼如下：

// 實(shí)例化對(duì)象
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

for (int i = 0; i < 20; i++)
{
      string str = $"main_{i}";
      // 開啟線程
      Task.Run(() =>
      {
             try
             {
                  Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                  // 暫停
                  Thread.Sleep(new Random().Next(50, 100) * 100);
                  if (str.Equals("main_5"))
                  {
                       throw new Exception("main_5 發(fā)生了異常");
                  }
                  else if (str.Equals("main_11"))
                  {
                        throw new Exception("main_11 發(fā)生了異常");
                  }
                  if (cts.IsCancellationRequested == false)
                  {
                        Console.WriteLine($"{str} 結(jié)束了");
                  }
                  else
                  {
                         Console.WriteLine($"{str} 線程取消");
                  }

            }
            catch (Exception ex)
            {
                   // 發(fā)生了異常，將IsCancellationRequested的值設(shè)置為true
                   cts.Cancel();
                   Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
            }
     });
}

程序運(yùn)行結(jié)果：

可以看到，當(dāng)有異常發(fā)生之后，有的線程就被取消了。這樣就初步實(shí)現(xiàn)了線程取消。

在上面的示例中，我們是先開啟了線程，如果發(fā)生了異常，則取消線程。那么會(huì)有這樣一種情況：線程中發(fā)生了異常，可能這時(shí)候有的線程還沒有開啟，那么能不能就不讓這些線程在開啟呢？Task的Run方法有一個(gè)重載：

第二個(gè)參數(shù)就表示取消線程。而且CancellationTokenSource類里面正好有這個(gè)參數(shù)：

所以，我們可以利用Run方法的重載來實(shí)現(xiàn)不開啟線程，代碼如下：

try
{
    // 實(shí)例化對(duì)象
    CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
    // 創(chuàng)建Task類型的集合
    List<Task> taskList = new List<Task>();
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        string str = $"main_{i}";
        // 開啟線程 Task.run 以后 添加Token 就可以在某一個(gè)線程發(fā)生異常之后，讓沒有開啟的線程不開啟了
        taskList.Add(Task.Run(() =>
        {
            try
            {
                Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                // 暫停
                Thread.Sleep(new Random().Next(50, 100) * 10);
                if (str.Equals("main_5"))
                {
                    throw new Exception("main_5 發(fā)生了異常");
                }
                else if (str.Equals("main_11"))
                {
                    throw new Exception("main_11 發(fā)生了異常");
                }
                if (cts.IsCancellationRequested == false)
                {
                    Console.WriteLine($"{str} 結(jié)束了");
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine($"{str} 線程取消");
                }

            }
            catch (Exception ex)
            {
                // 發(fā)生了異常，將IsCancellationRequested的值設(shè)置為true
                cts.Cancel();
            }

        }, cts.Token));
    }

    // 等待所有線程執(zhí)行完
    Task.WaitAll(taskList.ToArray());
}
catch (AggregateException are)
{
    foreach (var exception in are.InnerExceptions)
    {
        Console.WriteLine(exception.Message);
    }
}

程序運(yùn)行結(jié)果：

輸出結(jié)果中有一句話：已取消一個(gè)任務(wù)，但是我們的代碼里面沒有打印這句話，這是從哪里來的呢？這是因?yàn)榈诙€(gè)參數(shù)Token的原因，加了這個(gè)參數(shù)以后，如果就線程發(fā)生了異常，就不在繼續(xù)開啟線程。

三、臨時(shí)變量

我們先來看看下面一段代碼：

for (int i = 0; i < 20; i++)
{
    // 開啟線程
    Task.Run(() =>
    {
        Task.Run(() => Console.WriteLine($"this is {i}  ThreadId: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));
    });
}

這段代碼的輸出結(jié)果是什么呢？我們運(yùn)行程序查看結(jié)果：

可能有人會(huì)感到疑惑：為什么輸出的都是20呢，而不是每次循環(huán)變量的值？這是什么原因呢。這是因?yàn)槲覀兩暾?qǐng)線程的時(shí)候不會(huì)發(fā)生阻塞，而且還是延遲執(zhí)行的。我們知道，代碼的執(zhí)行速度是非常快的，循環(huán)20次幾乎一瞬間就完成了，這是i就變成了20，但是線程是延遲執(zhí)行的，當(dāng)線程真正去執(zhí)行的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的是同一個(gè)i，這時(shí)i是20，所以輸出的都是20。那么該如何輸出每次循環(huán)的值呢？看下面的代碼：

for (int i = 0; i < 20; i++)
{
    // 定義一個(gè)新的變量
    int k = i;
    // 開啟線程
    Task.Run(() =>
    {
        Task.Run(() => Console.WriteLine($"this is {i}_{k}  ThreadId: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));
    });
}

程序運(yùn)行結(jié)果：

這樣每次循環(huán)的時(shí)候，都重新定義變量k，保證每次都是全新的，所以k的值就是每次循環(huán)的值。

四、線程安全

什么是線程安全呢？線程安全：如果你的代碼在進(jìn)程中有多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行這一段，如果每次運(yùn)行的結(jié)果都跟單線程運(yùn)行時(shí)的結(jié)果一致，那么就是線程安全的。

在什么情況下會(huì)出現(xiàn)線程安全的問題呢？

一般都是有全局變量/共享變量/靜態(tài)變量/硬盤文件/數(shù)據(jù)庫的值，只要多線程訪問和修改，就會(huì)出現(xiàn)線程安全的問題?？聪旅娴拇a：

int syncNum = 0;

int AsyncNum = 0;
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
    syncNum++;
}
Console.WriteLine($"syncNum={syncNum}"); //單線程10000   10000

for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
    Task.Run(() =>
    {
        AsyncNum++;
    });
}
Console.WriteLine($"AsyncNum ={AsyncNum}");

程序運(yùn)行結(jié)果：

這就是線程安全造成的問題。那么該如何解決這個(gè)問題呢？這時(shí)可以使用lock關(guān)鍵字解決。lock關(guān)鍵字定義如下：

private static readonly object Form_Lock = new object();//鎖對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)寫法

修改代碼如下：

int syncNum = 0;

int AsyncNum = 0;
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
    syncNum++;
}
Console.WriteLine($"syncNum={syncNum}");

for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
    Task.Run(() =>
    {
        lock (Form_Lock)
        {
            AsyncNum++;
        }
    });
}
// 休眠5秒，等待所有線程都執(zhí)行完畢
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine($"AsyncNum ={AsyncNum}");

程序運(yùn)行結(jié)果：