1.几个重要的概念。
(1)进程：当一个程序开始运行时，它就是一个进程，进程包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。 而一个进程又是由多个线程所组成的。
(2)线程：线程是程序中的一个执行流，每个线程都有自己的专有寄存器(栈指针、程序计数器等)，但代码区是共享的，即不同的线程可以执行同样的函数。
(3)多线程：多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。
(4)任何程序在执行时，至少有一个主线程。
多线程的好处：可以提高CPU的利用率。在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU可以运行其它的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。
多线程的缺点：线程也是程序，所以线程需要占用内存，线程越多占用内存也越多； 多线程需要协调和管理，所以需要CPU时间跟踪线程； 线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题； 线程太多会导致控制太复杂，最终可能造成很多Bug。
2.在.net framework class library中，所有与多线程机制应用相关的类都是放在System.Threading命名空间中的。如果你想在你的应用程序中使用多线程，就必须包含这个类。
Thread类有几个重要的方法，如下：
Start()：启动线程；
Sleep(int)：静态方法，暂停当前线程指定的毫秒数；
Abort()：通常使用该方法来终止一个线程；
Suspend()：该方法并不终止未完成的线程，它仅仅挂起线程，以后还可恢复；
Resume()：恢复被Suspend()方法挂起的线程的执行。
一个例子：
public static int Main(string[] args){
Console.WriteLine("Thread Start/Stop/Join Sample");
Thread nThread = new Thread(new ThreadStart(Thread1));
nThread.Start();
while (!nThread.IsAlive)
Thread.Sleep(1);
nThread.Abort();
nThread.Join();//Join：阻塞调用线程，直到某个线程终止或经过了指定时间为止。Join代码写在哪，哪个就是调用线程；哪个线程执行了Join方法，则这个线程为某个线程。
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("Thread1 has finished");
try
{
Console.WriteLine("Try to restart the Thread1 thread");
nThread.Start();
}
catch (ThreadStateException)
{
Console.Write("ThreadStateException trying to restart Thread1. ");
Console.WriteLine("Expected since aborted threads cannot be restarted.");
Console.ReadLine();
}
return 0;
}
public static void Thread1()
{
while (true)
{
Console.WriteLine("Thread1 is running in its own thread.");
}
}
在Main()函数的While循环中，我们使用静态方法Thread.Sleep()让主线程停了1ms，这段时间CPU转向执行线程nThread。然后我们试图用Abort()方法终止线程nThread，后面的Join()方法使主线程等待，直到nThread线程结束。之后我们试图将nThread重新启动，但前面的Abort()方法结束线程是不可恢复的，最后程序抛出异常。
3.生产者和消费者
每个线程都有自己的资源 ，但是代码区是共享的，即每个线程都可以执行相同的函数。这可能带来的问题就是几个线程同时执行一个函数，导致数据的混乱，产生不可预料的结果，因些必须避免这种情况的发生。
(1)C#提供了关键字lock，它可以把一段代码定义为互斥段，互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行，而其他线程必须等待。在C#中，关键字lock定义：lock(expression) statement_block。expression代表你希望跟踪的对象，通常是对象引用。如果你想保护一个类的实例，一般地使用this；如果你想保护一个静态变量，一般使用类名就可以了。 statement_block就是互斥段的代码，这段代码一个时刻内只可能被一个线程执行。
(2)当线程公用一个对象时，也会出现和公用代码类似的问题。这种问题就不应该使用lock关键字了，这里需要用Monitor，我们称之为监视器，Monitor提供了使线程共享资源的方案。Monitor可以锁定一个对象，一个线程只有得到这把锁才可以对该对象进行操作。Monitor必须和一个具体的对象相关联。当一个线程调用Monitor.Enter()方法锁定一个对象时，这个对象就归它所有了，其他线程想要访问这个对象，只有等待它使用Monitor.Exit()方法释放锁。
对于任何一个被Monitor锁定的对象，内存中都保存着与它相关的一些信息:
1>是现在持有锁的线程的引用;
2>是一个预备队列，队列中保存了已经准备好获取锁的线程;
3>是一个等待队列，队列中保存着当前正在等待这个对象状态改变的队列的引用。
当拥有对象锁的线程准备释放锁时，它使用Monitor.Pulse()方法通知等待队列中的第一个线程，于是该线程被转移到预备队列中，当对象锁被释放时，在预备队列中的线程可以立即获得对象锁。
下面是如何使用lock和Monitor来实现线程的同步和通讯的例子。这个例子中，生产者线程和消费者线程是交替进行的，生产者写入一个数，消费者立即读取并显示。
首先，定义一个被操作的对象的类Cell，在这个类里，有两个方法：ReadFromCell()和WriteToCell。消费者线程将调用ReadFromCell()读取cellContents的内容并且显示出来，生产者进程将调用WriteToCell()方法向cellContents写入数据。
public class Cell{
int cellContents; // Cell对象里边的内容
bool readerFlag = false; // 状态标志，为true时可以读取，为false则正在写入
public int ReadFromCell()
{
lock (this)
{
if (!readerFlag)//如果现在不可读取
{
try
{
//等待WriteToCell方法中调用Monitor.Pulse()方法
Monitor.Wait(this);
}
catch (SynchronizationLockException e)
{
Console.WriteLine(e);
}
catch (ThreadInterruptedException e)
{
Console.WriteLine(e);
}
}
Console.WriteLine("Consume: {0}", cellContents);
readerFlag = false;//重置readerFlag标志，表示消费行为已经完成
Monitor.Pulse(this);//通知WriteToCell()方法（该方法在另外一个线程中执行，等待中）
}
return cellContents;
}
public void WriteToCell(int n)
{
lock (this)
{
if (readerFlag)
{
try
{
Monitor.Wait(this);
}
catch (SynchronizationLockException e)
{
//当同步方法（指Monitor类除Enter之外的方法）在非同步的代码区被调用
Console.WriteLine(e);
}
catch (ThreadInterruptedException e)
{
//当线程在等待状态的时候中止
Console.WriteLine(e);
}
}
cellContents = n;
Console.WriteLine("Produce: {0}", cellContents);
readerFlag = true;
Monitor.Pulse(this);//通知另外一个线程中正在等待的ReadFromCell()方法
}
}
}
//下面定义生产者类 CellProd 和消费者类 CellCons ，它们都只有一个方法ThreadRun()，以便在Main()函数中提供给线程的ThreadStart代理对象，作为线程的入口。
public class CellProd
{
Cell cell; // 被操作的Cell对象
int quantity = 1; // 生产者生产次数，初始化为1
public CellProd(Cell box, int request)
{
//构造函数
cell = box;
quantity = request;
}
public void ThreadRun()
{
for (int looper = 1; looper <= quantity; looper++)
cell.WriteToCell(looper); //生产者向操作对象写入信息
}
}
public class CellCons
{
Cell cell;
int quantity = 1;
public CellCons(Cell box, int request)
{
//构造函数
cell = box;
quantity = request;
}
public void ThreadRun()
{
int valReturned;
for (int looper = 1; looper <= quantity; looper++)
valReturned = cell.ReadFromCell();//消费者从操作对象中读取信息
}
}
然后在下面这个类MonitorSample的Main()函数中，我们要做的就是创建两个线程分别作为生产者和消费者，使用CellProd.ThreadRun()方法和CellCons.ThreadRun()方法对同一个Cell对象进行操作。
{
int result = 0; //一个标志位，如果是0表示程序没有出错，如果是1表明有错误发生
Cell cell = new Cell();
//下面使用cell初始化CellProd和CellCons两个类，生产和消费次数均为20次
CellProd prod = new CellProd(cell, 20);
CellCons cons = new CellCons(cell, 20);
Thread producer = new Thread(new ThreadStart(prod.ThreadRun));
Thread consumer = new Thread(new ThreadStart(cons.ThreadRun));
//生产者线程和消费者线程都已经被创建，但是没有开始执行
try
{
producer.Start();
consumer.Start();
producer.Join();
consumer.Join();
Console.ReadLine();
}
catch (ThreadStateException e)
{
//当线程因为所处状态的原因而不能执行被请求的操作
Console.WriteLine(e);
result = 1;
}
catch (ThreadInterruptedException e)
{
//当线程在等待状态的时候中止
Console.WriteLine(e);
result = 1;
}
//尽管Main()函数没有返回值，但下面这条语句可以向父进程返回执行结果
Environment.ExitCode = result;
}
在这个例子中，同步是通过等待Monitor.Pulse()来完成的。首先生产者生产了一个值，而同一时刻消费者处于等待状态，直到收到生产者的“脉冲(Pulse)”通知它生产已经完成，此后消费者进入消费状态，而生产者开始等待消费者完成操作后将调用Monitor.Pulese()发出的“脉冲”。
4.多线程的自动管理（线程池）
在多线程的程序中，经常会出现两种情况：
(1)应用程序中，线程把大部分的时间花费在等待状态，等待某个事件发生，然后才能给予响应这一般使用ThreadPool（线程池）来解决；
(2)另一种情况：线程平时都处于休眠状态，只是周期性地被唤醒这一般使用Timer（定时器）来解决；
ThreadPool类提供一个由系统维护的线程池（可以看作一个线程的容器），该容器需要 Windows 2000 以上系统支持，因为其中某些方法调用了只有高版本的Windows才有的API函数。
将线程安放在线程池里，需使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法，该方法的原型如下：
//将一个线程放进线程池，该线程的Start()方法将调用WaitCallback代理对象代表的函数
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);
//重载的方法如下，参数object将传递给WaitCallback所代表的方法
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);
ThreadPool类是一个静态类，你不能也不必要生成它的对象。而且一旦使用该方法在线程池中添加了一个项目，那么该项目将是无法取消的。
在这里你无需自己建立线程，只需把你要做的工作写成函数，然后作为参数传递给ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了，传递的方法就是依靠WaitCallback代理对象，而线程的建立、管理、运行等工作都是由系统自动完成的，你无须考虑那些复杂的细节问题。
如果应用程序需要对线程进行特定的控制，则不适合使用线程池，需要创建并管理自己的线程。不适合使用线程池的情形包括：
— 如果需要使一个任务具有特定的优先级。
— 如果具有可能会长时间运行（并因此阻塞其他任务）的任务。
— 如果需要将线程放置到单线程单元中（线程池中的线程均处于多线程单元中）。
— 如果需要用永久标识来标识和控制线程，比如想使用专用线程来中止该线程，将其挂起或按名称发现它。
用法：
首先程序创建了一个ManualResetEvent对象，该对象就像一个信号灯，可以利用它的信号来通知其它线程。例1中，当线程池中所有线程工作都完成以后，ManualResetEvent对象将被设置为有信号，从而通知主线程继续运行。
ManualResetEvent对象有几个重要的方法：
初始化该对象时，用户可以指定其默认的状态（有信号/无信号）；在初始化以后，该对象将保持原来的状态不变，直到它的Reset()或者Set()方法被调用：
Reset()方法：将其设置为无信号状态；
Set()方法：将其设置为有信号状态。
WaitOne()方法：使当前线程挂起，直到ManualResetEvent对象处于有信号状态，此时该线程将被激活。
然后，程序将向线程池中添加工作项，这些以函数形式提供的工作项被系统用来初始化自动建立的线程。当所有的线程都运行完了以后，ManualResetEvent.Set()方法被调用，因为调用了ManualResetEvent.WaitOne()方法而处在等待状态的主线程将接收到这个信号，于是它接着往下执行，完成后边的工作。
例1：
public static int Main(string[] args){
Console.WriteLine("Thread Pool Sample:");
bool W2K = false;
int MaxCount = 10;//允许线程池中运行最多10个线程
//新建ManualResetEvent对象并且初始化为无信号状态
ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);
Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);
Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount);
//创建工作项
//注意初始化oAlpha对象的eventX属性
oAlpha.eventX = eventX;
Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");
try
{
//将工作项装入线程池
//这里要用到Windows 2000以上版本才有的API，所以可能出现NotSupportException异常
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta), new SomeState(0));
W2K = true;
}
catch (NotSupportedException)
{
Console.WriteLine("These API's may fail when called on a non-Windows 2000 system.");
W2K = false;
}
if (W2K)//如果当前系统支持ThreadPool的方法.
{
for (int iItem = 1; iItem < MaxCount; iItem++)
{
//插入队列元素
Console.WriteLine("Queue to Thread Pool {0}", iItem);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta), new SomeState(iItem));
}
Console.WriteLine("Waiting for Thread Pool to drain");
//等待事件的完成，即线程调用ManualResetEvent.Set()方法
eventX.WaitOne(Timeout.Infinite, true);
//WaitOne()方法使调用它的线程等待直到eventX.Set()方法被调用
Console.WriteLine("Thread Pool has been drained (Event fired)");
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("Load across threads");
foreach (object o in oAlpha.HashCount.Keys)
Console.WriteLine("{0} {1}", o, oAlpha.HashCount[o]);
}
Console.ReadLine();
return 0;
}
//这是用来保存信息的数据结构，SomeState类是一个保存信息的数据结构，它在程序中作为参数被传递给每一个线程，因为你需要把一些有用的信息封装起来提供给线程，而这种方式是非常有效的。public class SomeState
{
public int Cookie;
public SomeState(int iCookie)
{
Cookie = iCookie;
}
}
public class Alpha
{
public Hashtable HashCount;
public ManualResetEvent eventX;
public static int iCount = 0;
public static int iMaxCount = 0;
public Alpha(int MaxCount)
{
HashCount = new Hashtable(MaxCount);
iMaxCount = MaxCount;
}
//线程池里的线程将调用Beta()方法
public void Beta(Object state)
{
//输出当前线程的hash编码值和Cookie的值
Console.WriteLine(" {0} {1} :", Thread.CurrentThread.GetHashCode(), ((SomeState)state).Cookie);
Console.WriteLine("HashCount.Count=={0}, Thread.CurrentThread.GetHashCode()=={1}", HashCount.Count, Thread.CurrentThread.GetHashCode());
lock (HashCount)
{
//如果当前的Hash表中没有当前线程的Hash值，则添加之
if (!HashCount.ContainsKey(Thread.CurrentThread.GetHashCode()))
HashCount.Add(Thread.CurrentThread.GetHashCode(), 0);
HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()] =
((int)HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()]) + 1;
}
int iX = 2000;
Thread.Sleep(iX);
//Interlocked.Increment()操作是一个原子操作，InterLocked类也是专为多线程程序而存在的，它提供了一些有用的原子操作。原子操作：就是在多线程程序中，如果这个线程调用这个操作修改一个变量，那么其他线程就不能修改这个变量了，这跟lock关键字在本质上是一样的。
Interlocked.Increment(ref iCount);
if (iCount == iMaxCount)
{
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("Setting eventX ");
eventX.Set();
}
}
}
例2：
// 存放要计算的数值的字段static double number1 = -1;
static double number2 = -1;
public static void Main()
{
// 获取线程池的最大线程数和维护的最小空闲线程数
int maxThreadNum, portThreadNum;
int minThreadNum;
ThreadPool.GetMaxThreads(out maxThreadNum, out portThreadNum);
ThreadPool.GetMinThreads(out minThreadNum, out portThreadNum);
Console.WriteLine("最大线程数：{0}", maxThreadNum);
Console.WriteLine("最小空闲线程数：{0}", minThreadNum);
// 函数变量值
int x = 256;
// 启动第一个任务：计算x的8次方
Console.WriteLine("启动第一个任务：计算{0}的8次方。", x);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(TaskProc1), x);
// 启动第二个任务：计算x的8次方根
Console.WriteLine("启动第二个任务：计算{0}的8次方根。", x);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(TaskProc2), x);
// 等待，直到两个数值都完成计算
while (number1 == -1 || number2 == -1) ;
// 打印计算结果
Console.WriteLine("{0}的8次方 = {1}", x, number1);
Console.WriteLine("{0}的8次方根 = {1}", x, number2);
Console.ReadLine();
}
// 启动第一个任务：计算x的8次方
static void TaskProc1(object o)
{
number1 = Math.Pow(Convert.ToDouble(o), 8);
}
// 启动第二个任务：计算x的8次方根
static void TaskProc2(object o)
{
number2 = Math.Pow(Convert.ToDouble(o), 1.0 / 8.0);
}
5.多线程自动管理（定时器）
Timer类：设置一个定时器，定时执行用户指定的函数。
定时器启动后，系统将自动建立一个新的线程，执行用户指定的函数。
初始化一个Timer对象：
Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);
第一个参数：指定了TimerCallback 委托，表示要执行的方法；
第二个参数：一个包含回调方法要使用的信息的对象，或者为空引用；
第三个参数：延迟时间——计时开始的时刻距现在的时间，单位是毫秒,指定为“0”表示立即启动计时器；
第四个参数：定时器的时间间隔——计时开始以后，每隔这么长的一段时间，TimerCallback所代表的方法将被调用一次，单位也是毫秒。指定 Timeout.Infinite 可以禁用定期终止。
Timer.Change()方法：修改定时器的设置。
class TimerExampleState{
public int counter = 0;
public Timer tmr;
}
public static void Main()
{
TimerExampleState s = new TimerExampleState();
//创建代理对象TimerCallback，该代理将被定时调用
TimerCallback timerDelegate = new TimerCallback(CheckStatus);
//创建一个时间间隔为1s的定时器
Timer timer = new Timer(timerDelegate, s, 1000, 1000);
s.tmr = timer;
//主线程停下来等待Timer对象的终止
while (s.tmr != null)
Thread.Sleep(0);
Console.WriteLine("Timer example done.");
Console.ReadLine();
}
//下面是被定时调用的方法
static void CheckStatus(Object state)
{
TimerExampleState s = (TimerExampleState)state;
s.counter++;
Console.WriteLine("{0} Checking Status {1}.", DateTime.Now.TimeOfDay, s.counter);
if (s.counter == 5)
{
//使用Change方法改变了时间间隔
(s.tmr).Change(10000, 2000);
Console.WriteLine("changed");
}
if (s.counter == 10)
{
Console.WriteLine("disposing of timer");
s.tmr.Dispose();
s.tmr = null;
}
}
程序首先创建了一个定时器，它将在创建1秒之后开始每隔1秒调用一次CheckStatus()方法，当调用5次以后，在CheckStatus()方法中修改了时间间隔为2秒，并且指定在10秒后重新开始。当计数达到10次，调用Timer.Dispose()方法删除了timer对象，主线程于是跳出循环，终止程序。
6.互斥对象
如何控制好多个线程相互之间的联系，不产生冲突和重复，这需要用到互斥对象，即：System.Threading 命名空间中的 Mutex 类。
我们可以把Mutex看作一个出租车，乘客看作线程。乘客首先等车，然后上车，最后下车。当一个乘客在车上时，其他乘客就只有等他下车以后才可以上车。而线程与Mutex对象的关系也正是如此，线程使用Mutex.WaitOne()方法等待Mutex对象被释放，如果它等待的Mutex对象被释放了，它就自动拥有这个对象，直到它调用Mutex.ReleaseMutex()方法释放这个对象，而在此期间，其他想要获取这个Mutex对象的线程都只有等待。
下面这个例子使用了Mutex对象来同步四个线程，主线程等待四个线程的结束，而这四个线程的运行又是与两个Mutex对象相关联的。
其中还用到AutoResetEvent类的对象，可以把它理解为一个信号灯。这里用它的有信号状态来表示一个线程的结束。
// AutoResetEvent.Set()方法设置它为有信号状态
// AutoResetEvent.Reset()方法设置它为无信号状态
例：
using System;using System.Threading;
namespace ThreadExample
{
public class MutexSample
{
static Mutex gM1;
static Mutex gM2;
const int ITERS = 100;
static AutoResetEvent Event1 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event2 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event3 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event4 = new AutoResetEvent(false);
public static void Main(String[] args)
{
Console.WriteLine("Mutex Sample ");
//创建一个Mutex对象，并且命名为MyMutex
gM1 = new Mutex(true, "MyMutex");
//创建一个未命名的Mutex 对象.
gM2 = new Mutex(true);
Console.WriteLine(" - Main Owns gM1 and gM2");
AutoResetEvent[] evs = new AutoResetEvent[4];
evs[0] = Event1; //为后面的线程t1,t2,t3,t4定义AutoResetEvent对象
evs[1] = Event2;
evs[2] = Event3;
evs[3] = Event4;
MutexSample tm = new MutexSample();
Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(tm.t1Start));
Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(tm.t2Start));
Thread t3 = new Thread(new ThreadStart(tm.t3Start));
Thread t4 = new Thread(new ThreadStart(tm.t4Start));
t1.Start();// 使用Mutex.WaitAll()方法等待一个Mutex数组中的对象全部被释放
t2.Start();// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM1的释放
t3.Start();// 使用Mutex.WaitAny()方法等待一个Mutex数组中任意一个对象被释放
t4.Start();// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM2的释放
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine(" - Main releases gM1");
gM1.ReleaseMutex(); //线程t2,t3结束条件满足
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine(" - Main releases gM2");
gM2.ReleaseMutex(); //线程t1,t4结束条件满足
//等待所有四个线程结束
WaitHandle.WaitAll(evs);
Console.WriteLine(" Mutex Sample");
Console.ReadLine();
}
public void t1Start()
{
Console.WriteLine("t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])");
Mutex[] gMs = new Mutex[2];
gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAll()方法的参数
gMs[1] = gM2;
Mutex.WaitAll(gMs);//等待gM1和gM2都被释放
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfied");
Event1.Set(); //线程结束，将Event1设置为有信号状态
gM1.ReleaseMutex();
gM2.ReleaseMutex();
}
public void t2Start()
{
Console.WriteLine("t2Start started, gM1.WaitOne( )");
gM1.WaitOne();//等待gM1的释放
Console.WriteLine("t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfied");
Event2.Set();//线程结束，将Event2设置为有信号状态
gM1.ReleaseMutex();
}
public void t3Start()
{
Console.WriteLine("t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])");
Mutex[] gMs = new Mutex[2];
gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAny()方法的参数
gMs[1] = gM2;
int i=Mutex.WaitAny(gMs);//等待数组中任意一个Mutex对象被释放
Console.WriteLine("t3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[])");
Event3.Set();//线程结束，将Event3设置为有信号状态
gMs[i].ReleaseMutex();
}
public void t4Start()
{
Console.WriteLine("t4Start started, gM2.WaitOne( )");
gM2.WaitOne();//等待gM2被释放
Console.WriteLine("t4Start finished, gM2.WaitOne( )");
Event4.Set();//线程结束，将Event4设置为有信号状态
}
}
}
参考：http://kb.cnblogs.com/page/42528/
