多线程编程：原理、应用与代码实现

### 多线程编程：原理、应用与代码实现 #### 1. 多线程概述 在多线程环境中，多个线程可同时运行，每个线程就像一个独立程序执行特定任务。不过，即便有多个 CPU 或双核 CPU，两个线程也不一定能同时执行，因为还有其他应用程序、服务和操作系统会竞争 CPU 资源。而且，像 Silverlight 这样的编程平台执行的高级任务会转化为更多低级指令，有时双核 CPU 能同时执行多条指令，单个线程也可能让多个 CPU 核心忙碌。 使用多线程主要有以下三个原因： - **提高客户端响应性**：将耗时任务放在单独线程中执行，用户仍可与应用程序的用户界面交互，甚至能在后台工作完成前取消任务。单线程应用程序在主线程执行耗时工作时会锁定用户界面。 - **同时完成多项任务**：对于单 CPU 计算机，多线程本身不一定能提高性能，因为跟踪新线程会带来额外开销。但某些任务存在高延迟，如从外部源获取数据或与远程组件通信，此时 CPU 处于空闲状态，可利用这段时间执行其他工作，例如同时向三个 Web 服务发送请求以减少总时间，或在等待调用完成时执行 CPU 密集型工作。 - **使服务器应用程序可扩展**：服务器端应用程序需能处理任意数量的客户端。根据所使用的技术，有些情况会自动处理，有些则需自行创建基础设施，这种设计通常适用于基于 .NET 的服务器应用程序。 #### 2. 多线程性能考虑 CPU 很少是 Silverlight 应用程序性能的限制因素，网络延迟、缓慢的 Web 服务和磁盘访问更为常见。因此，即使在双核 CPU 上，多线程也很少能提高整体性能，但通过提高响应性，能让用户感觉应用程序性能更好。 #### 3. DispatcherTimer 的使用 在某些情况下，可使用 `System.Windows.Threading` 命名空间中的 `DispatcherTimer` 类避免线程问题。`DispatcherTimer` 并非真正的多线程执行，它会在主应用程序线程上触发周期性的 `Tick` 事件，中断应用程序的其他操作，让你有机会执行一些工作。如果需要频繁执行少量工作，它的效果与实际多线程一样无缝。 `DispatcherTimer` 的优点是 `Tick` 事件始终在主应用程序线程上执行，避免了同步问题。但如果定时器事件处理代码执行耗时任务，用户界面会锁定直到任务完成，因此它不能提高用户界面的响应性，也无法减少高延迟操作的等待时间。不过，巧妙使用 `DispatcherTimer` 可在某些情况下达到所需效果，例如定期检查 Web 服务的新数据。 #### 4. Thread 类的使用 创建多线程 Silverlight 应用程序最直接的方法是使用 `System.Threading` 命名空间中的 `Thread` 类。每个 `Thread` 对象代表一个独立的执行线程。 使用 `Thread` 类的步骤如下： 1. 创建一个新的 `Thread` 对象，并提供一个委托，指向要异步调用的方法。该方法的签名有一定限制，不能有返回值，且参数要么为空（匹配 `ThreadStart` 委托），要么只有一个 `object` 参数（匹配 `ParameterizedThreadStart` 委托）。 2. 调用 `Thread.Start()` 方法启动线程。如果线程接受一个 `object` 参数，可在此时传入。 以下是一个示例代码： ```vb Private Sub DoSomething() ... End Sub Dim thread As New Thread(AddressOf DoSomething) thread.Start() ``` `Thread` 类的主要成员如下表所示： | 成员 | 描述 | | ---- | ---- | | IsAlive | 除非线程停止、中止或尚未启动，否则返回 `True`。 | | ManagedThreadId | 提供一个唯一标识此线程的整数。 | | Name | 允许设置一个字符串名称来标识线程，主要用于调试，设置后不能再次设置。 | | ThreadState | 表示线程的状态，如已启动、正在运行、已完成等，仅用于调试。 | | Start() | 首次启动线程，线程结束后不能使用该方法重新启动。 | | Join() | 等待线程终止（或指定的超时时间过去）。 | | Sleep() | 暂停当前线程指定的毫秒数，此方法是共享的。 | #### 5. 线程间通信与问题 多线程编程的挑战之一是在后台线程和主应用程序线程之间进行通信。传递信息给线程开始时相对容易，但在运行时与线程通信或在完成时返回数据则更困难。可能需要使用锁定机制确保同一数据不会同时被两个线程访问，使用封送处理确保不从后台线程访问用户界面元素。线程错误不会产生编译时警告，也不一定会导致明显的错误，可能会在难以诊断的情况下出现更微妙的问题。 #### 6. 封送代码到用户界面线程 Silverlight 支持单线程单元模型，单个线程运行整个应用程序并拥有所有代表用户界面元素的对象，这些元素具有线程关联性，其他线程不能直接与它们交互。违反此规则会导致异常、锁定或更微妙的问题。 为保持应用程序稳定，Silverlight 使用调度程序（`Dispatcher`），它拥有主应用程序线程并管理工作项队列。可通过任何元素的 `Dispatcher` 属性获取调度程序，`Dispatcher` 类有两个主要成员： - `CheckAccess()` 方法：用于确定是否在正确的线程上与应用程序的用户界面交互。 - `BeginInvoke()` 方法：用于将代码封送到调度程序控制的主应