C#多线程的相关操作讲解
一、线程异常
我们在单线程中，捕获异常可以使用try-catch，代码如下所示：
using System;
namespace MultithreadingOption
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
#region 单线程中捕获异常
try
{
int[] array = { 1, 23, 61, 678, 23, 45 };
Console.WriteLine(array[6]);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
}
#endregion
Console.ReadKey();
}
}
}
程序运行结果：
那么在多线程中如何捕获异常呢？是不是也可以使用try-catch进行捕获？我们先看下面的代码：
using System;
using System.Threading.Tasks;
namespace MultithreadingOption
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
#region 单线程中捕获异常
//try
//{
// int[] array = { 1, 23, 61, 678, 23, 45 };
// Console.WriteLine(array[6]);
//}
//catch (Exception ex)
//{
// Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
//}
#endregion
#region 多线程中的异常
try
{
for (int i = 0; i < 30; i++)
{
string str = $"main_{i}";
// 开启线程
Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"{str} 开始了");
if(str.Equals("main_5"))
{
throw new Exception("main_5 发生了异常");
}
else if (str.Equals("main_11"))
{
throw new Exception("main_11 发生了异常");
}
else if (str.Equals("main_18"))
{
throw new Exception("main_18 发生了异常");
}
Console.WriteLine($"{str} 结束了");
});
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
}
#endregion
Console.ReadKey();
}
}
}
程序运行结果：
我们看到结果中并没有输出异常信息，是不是没有抛出异常呢？我们起代码进行调试，看调试信息：
我们看到程序中确实也抛出了异常，但是程序却没有捕获到，那么异常去哪里了呢？异常被多线程给吞掉了，那么如何在多线程中捕获异常呢？如果把try-catch写在线程里面呢？每一个线程都是单线程的，把try-catch写在每一个线程里面就没有意义了。在多线程中捕获异常，需要使用到WaitAll()，看下面的代码：
try
{
// 定义一个Task类型的List集合
List<Task> taskList = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 30; i++)
{
string str = $"main_{i}";
// 开启线程，并把线程添加到集合中
taskList.Add(Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"{str} 开始了");
if (str.Equals("main_5"))
{
throw new Exception("main_5 发生了异常");
}
else if (str.Equals("main_11"))
{
throw new Exception("main_11 发生了异常");
}
else if (str.Equals("main_18"))
{
throw new Exception("main_18 发生了异常");
}
Console.WriteLine($"{str} 结束了");
}));
}
// 等待所有线程都执行完
Task.WaitAll(taskList.ToArray());
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
}
我们用代码进行调试，调试结果：
这时就可以进入到catch里面了，我们监视ex，发现ex是AggregateException类型的异常，我们在进一步优化代码：
try
{
// 定义一个Task类型的List集合
List<Task> taskList = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 30; i++)
{
string str = $"main_{i}";
// 开启线程，并把线程添加到集合中
taskList.Add(Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"{str} 开始了");
if (str.Equals("main_5"))
{
throw new Exception("main_5 发生了异常");
}
else if (str.Equals("main_11"))
{
throw new Exception("main_11 发生了异常");
}
else if (str.Equals("main_18"))
{
throw new Exception("main_18 发生了异常");
}
Console.WriteLine($"{str} 结束了");
}));
}
// 等待所有线程都执行完
Task.WaitAll(taskList.ToArray());
}
catch(AggregateException are)
{
foreach (var exception in are.InnerExceptions)
{
Console.WriteLine(exception.Message);
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
}
最后运行程序：
我们发现这时就可以捕获到具体的异常信息了。
二、线程取消
在上面的示例中，我们捕获到了多线程中发生的异常，并且也输出了异常信息，但是这样是不友好的。在实际开发中，我们使用多线程并发执行任务，假如其中某一个任务失败了或者发生了异常，我们希望可以通知其他的线程，都停止下来，那么该如何做呢？这时就需要使用到线程取消。
Task不能外部终止任务，只能自己终止自己。
.Net框架提供了CancellationTokenSource类，该类里面有一个bool类型的属性：IsCancellationRequested，默认是false，表示是否取消线程。还提供了一个Cancel()方法，该方法可以把IsCancellationRequested的属性值设置为true，并且不能在设置回去。代码如下：
// 实例化对象
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
string str = $"main_{i}";
// 开启线程
Task.Run(() =>
{
try
{
Console.WriteLine($"{str} 开始了");
// 暂停
Thread.Sleep(new Random().Next(50, 100) * 100);
if (str.Equals("main_5"))
{
throw new Exception("main_5 发生了异常");
}
else if (str.Equals("main_11"))
{
throw new Exception("main_11 发生了异常");
}
if (cts.IsCancellationRequested == false)
{
Console.WriteLine($"{str} 结束了");
}
else
{
Console.WriteLine($"{str} 线程取消");
}
}
catch (Exception ex)
{
// 发生了异常，将IsCancellationRequested的值设置为true
cts.Cancel();
Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
}
});
}
程序运行结果：
可以看到，当有异常发生之后，有的线程就被取消了。这样就初步实现了线程取消。
在上面的示例中，我们是先开启了线程，如果发生了异常，则取消线程。那么会有这样一种情况：线程中发生了异常，可能这时候有的线程还没有开启，那么能不能就不让这些线程在开启呢？Task的Run方法有一个重载：
第二个参数就表示取消线程。而且CancellationTokenSource类里面正好有这个参数：
所以，我们可以利用Run方法的重载来实现不开启线程，代码如下：
try
{
// 实例化对象
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
// 创建Task类型的集合
List<Task> taskList = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
string str = $"main_{i}";
// 开启线程 Task.run 以后 添加Token 就可以在某一个线程发生异常之后，让没有开启的线程不开启了
taskList.Add(Task.Run(() =>
{
try
{
Console.WriteLine($"{str} 开始了");
// 暂停
Thread.Sleep(new Random().Next(50, 100) * 10);
if (str.Equals("main_5"))
{
throw new Exception("main_5 发生了异常");
}
else if (str.Equals("main_11"))
{
throw new Exception("main_11 发生了异常");
}
if (cts.IsCancellationRequested == false)
{
Console.WriteLine($"{str} 结束了");
}
else
{
Console.WriteLine($"{str} 线程取消");
}
}
catch (Exception ex)
{
// 发生了异常，将IsCancellationRequested的值设置为true
cts.Cancel();
}
}, cts.Token));
}
// 等待所有线程执行完
Task.WaitAll(taskList.ToArray());
}
catch (AggregateException are)
{
foreach (var exception in are.InnerExceptions)
{
Console.WriteLine(exception.Message);
}
}
程序运行结果：
输出结果中有一句话：已取消一个任务，但是我们的代码里面没有打印这句话，这是从哪里来的呢？这是因为第二个参数Token的原因，加了这个参数以后，如果就线程发生了异常，就不在继续开启线程。
三、临时变量
我们先来看看下面一段代码：
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
// 开启线程
Task.Run(() =>
{
Task.Run(() => Console.WriteLine($"this is {i} ThreadId: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));
});
}
这段代码的输出结果是什么呢？我们运行程序查看结果：
可能有人会感到疑惑：为什么输出的都是20呢，而不是每次循环变量的值？这是什么原因呢。这是因为我们申请线程的时候不会发生阻塞，而且还是延迟执行的。我们知道，代码的执行速度是非常快的，循环20次几乎一瞬间就完成了，这是i就变成了20，但是线程是延迟执行的，当线程真正去执行的时候，对应的是同一个i，这时i是20，所以输出的都是20。那么该如何输出每次循环的值呢？看下面的代码：
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
// 定义一个新的变量
int k = i;
// 开启线程
Task.Run(() =>
{
Task.Run(() => Console.WriteLine($"this is {i}_{k} ThreadId: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));
});
}
程序运行结果：
这样每次循环的时候，都重新定义变量k，保证每次都是全新的，所以k的值就是每次循环的值。
四、线程安全
什么是线程安全呢？线程安全：如果你的代码在进程中有多个线程同时运行这一段，如果每次运行的结果都跟单线程运行时的结果一致，那么就是线程安全的。
在什么情况下会出现线程安全的问题呢？
一般都是有全局变量/共享变量/静态变量/硬盘文件/数据库的值，只要多线程访问和修改，就会出现线程安全的问题。看下面的代码：
int syncNum = 0;
int AsyncNum = 0;
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
syncNum++;
}
Console.WriteLine($"syncNum={syncNum}"); //单线程10000 10000
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
Task.Run(() =>
{
AsyncNum++;
});
}
Console.WriteLine($"AsyncNum ={AsyncNum}");
程序运行结果：
这就是线程安全造成的问题。那么该如何解决这个问题呢？这时可以使用lock关键字解决。lock关键字定义如下：
private static readonly object Form_Lock = new object();//锁对象的标准写法
修改代码如下：
int syncNum = 0;
int AsyncNum = 0;
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
syncNum++;
}
Console.WriteLine($"syncNum={syncNum}");
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
Task.Run(() =>
{
lock (Form_Lock)
{
AsyncNum++;
}
});
}
// 休眠5秒，等待所有线程都执行完毕
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine($"AsyncNum ={AsyncNum}");
程序运行结果：
除了使用lock，我们还可以使用数据分拆，避免多线程操作同一个数据，这样又安全又高效。
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