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C#多執行緒的相關操作講解

2022-03-20 19:00:12

一、執行緒異常

我們在單執行緒中，捕獲異常可以使用try-catch，程式碼如下所示：

using System;

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


            Console.ReadKey();
        }
    }
}

程式執行結果：

那麼在多執行緒中如何捕獲異常呢？是不是也可以使用try-catch進行捕獲？我們先看下面的程式碼：

using System;
using System.Threading.Tasks;

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

            #region 多執行緒中的異常

            try
            {
                for (int i = 0; i < 30; i++)
                {
                    string str = $"main_{i}";
                    // 開啟執行緒
                    Task.Run(() => 
                    {
                        Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                        if(str.Equals("main_5"))
                        {
                            throw new Exception("main_5 發生了異常");
                        }
                        else if (str.Equals("main_11"))
                        {
                            throw new Exception("main_11 發生了異常");
                        }
                        else if (str.Equals("main_18"))
                        {
                            throw new Exception("main_18 發生了異常");
                        }
                        Console.WriteLine($"{str} 結束了");

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


            #endregion

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

程式執行結果：

我們看到結果中並沒有輸出異常資訊，是不是沒有丟擲異常呢？我們起程式碼進行偵錯，看偵錯資訊：

我們看到程式中確實也丟擲了異常，但是程式卻沒有捕獲到，那麼異常去哪裡了呢？異常被多執行緒給吞掉了，那麼如何在多執行緒中捕獲異常呢？如果把try-catch寫線上程裡面呢？每一個執行緒都是單執行緒的，把try-catch寫在每一個執行緒裡面就沒有意義了。在多執行緒中捕獲異常，需要使用到WaitAll()，看下面的程式碼：

try
{
     // 定義一個Task型別的List集合
     List<Task> taskList = new List<Task>();
     for (int i = 0; i < 30; i++)
     {
            string str = $"main_{i}";
            // 開啟執行緒，並把執行緒新增到集合中
            taskList.Add(Task.Run(() =>
            {
                 Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                 if (str.Equals("main_5"))
                 {
                     throw new Exception("main_5 發生了異常");
                 }
                 else if (str.Equals("main_11"))
                 {
                      throw new Exception("main_11 發生了異常");
                 }
                 else if (str.Equals("main_18"))
                 {
                       throw new Exception("main_18 發生了異常");
                 }
                 Console.WriteLine($"{str} 結束了");
          }));
      }

     // 等待所有執行緒都執行完
     Task.WaitAll(taskList.ToArray());
}
catch (Exception ex)
{
      Console.WriteLine($"message:{ex.Message}");
}

我們用程式碼進行偵錯，偵錯結果：

這時就可以進入到catch裡面了，我們監視ex，發現ex是AggregateException型別的異常，我們在進一步優化程式碼：

try
{
     // 定義一個Task型別的List集合
     List<Task> taskList = new List<Task>();
     for (int i = 0; i < 30; i++)
     {
            string str = $"main_{i}";
            // 開啟執行緒，並把執行緒新增到集合中
            taskList.Add(Task.Run(() =>
            {
                 Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                 if (str.Equals("main_5"))
                 {
                     throw new Exception("main_5 發生了異常");
                 }
                 else if (str.Equals("main_11"))
                 {
                      throw new Exception("main_11 發生了異常");
                 }
                 else if (str.Equals("main_18"))
                 {
                       throw new Exception("main_18 發生了異常");
                 }
                 Console.WriteLine($"{str} 結束了");
          }));
      }

     // 等待所有執行緒都執行完
     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}");
}

最後執行程式：

我們發現這時就可以捕獲到具體的異常資訊了。

二、執行緒取消

在上面的範例中，我們捕獲到了多執行緒中發生的異常，並且也輸出了異常資訊，但是這樣是不友好的。在實際開發中，我們使用多執行緒並行執行任務，假如其中某一個任務失敗了或者發生了異常，我們希望可以通知其他的執行緒，都停止下來，那麼該如何做呢？這時就需要使用到執行緒取消。

Task不能外部終止任務，只能自己終止自己。

.Net框架提供了CancellationTokenSource類，該類裡面有一個bool型別的屬性：IsCancellationRequested，預設是false，表示是否取消執行緒。還提供了一個Cancel()方法，該方法可以把IsCancellationRequested的屬性值設定為true，並且不能在設定回去。程式碼如下：

// 範例化物件
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

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

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

程式執行結果：

可以看到，當有異常發生之後，有的執行緒就被取消了。這樣就初步實現了執行緒取消。

在上面的範例中，我們是先開啟了執行緒，如果發生了異常，則取消執行緒。那麼會有這樣一種情況：執行緒中發生了異常，可能這時候有的執行緒還沒有開啟，那麼能不能就不讓這些執行緒在開啟呢？Task的Run方法有一個過載：

第二個引數就表示取消執行緒。而且CancellationTokenSource類裡面正好有這個引數：

所以，我們可以利用Run方法的過載來實現不開啟執行緒，程式碼如下：

try
{
    // 範例化物件
    CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
    // 建立Task型別的集合
    List<Task> taskList = new List<Task>();
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        string str = $"main_{i}";
        // 開啟執行緒 Task.run 以後 新增Token 就可以在某一個執行緒發生異常之後，讓沒有開啟的執行緒不開啟了
        taskList.Add(Task.Run(() =>
        {
            try
            {
                Console.WriteLine($"{str} 開始了");
                // 暫停
                Thread.Sleep(new Random().Next(50, 100) * 10);
                if (str.Equals("main_5"))
                {
                    throw new Exception("main_5 發生了異常");
                }
                else if (str.Equals("main_11"))
                {
                    throw new Exception("main_11 發生了異常");
                }
                if (cts.IsCancellationRequested == false)
                {
                    Console.WriteLine($"{str} 結束了");
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine($"{str} 執行緒取消");
                }

            }
            catch (Exception ex)
            {
                // 發生了異常，將IsCancellationRequested的值設定為true
                cts.Cancel();
            }

        }, cts.Token));
    }

    // 等待所有執行緒執行完
    Task.WaitAll(taskList.ToArray());
}
catch (AggregateException are)
{
    foreach (var exception in are.InnerExceptions)
    {
        Console.WriteLine(exception.Message);
    }
}

程式執行結果：

輸出結果中有一句話：已取消一個任務，但是我們的程式碼裡面沒有列印這句話，這是從哪裡來的呢？這是因為第二個引數Token的原因，加了這個引數以後，如果就執行緒發生了異常，就不在繼續開啟執行緒。

三、臨時變數

我們先來看看下面一段程式碼：

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

這段程式碼的輸出結果是什麼呢？我們執行程式檢視結果：

可能有人會感到疑惑：為什麼輸出的都是20呢，而不是每次迴圈變數的值？這是什麼原因呢。這是因為我們申請執行緒的時候不會發生阻塞，而且還是延遲執行的。我們知道，程式碼的執行速度是非常快的，迴圈20次幾乎一瞬間就完成了，這是i就變成了20，但是執行緒是延遲執行的，當執行緒真正去執行的時候，對應的是同一個i，這時i是20，所以輸出的都是20。那麼該如何輸出每次迴圈的值呢？看下面的程式碼：

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

程式執行結果：

這樣每次迴圈的時候，都重新定義變數k，保證每次都是全新的，所以k的值就是每次迴圈的值。

四、執行緒安全

什麼是執行緒安全呢？執行緒安全：如果你的程式碼在程序中有多個執行緒同時執行這一段，如果每次執行的結果都跟單執行緒執行時的結果一致，那麼就是執行緒安全的。

在什麼情況下會出現執行緒安全的問題呢？

一般都是有全域性變數/共用變數/靜態變數/硬碟檔案/資料庫的值，只要多執行緒存取和修改，就會出現執行緒安全的問題。看下面的程式碼：

int syncNum = 0;

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

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

程式執行結果：

這就是執行緒安全造成的問題。那麼該如何解決這個問題呢？這時可以使用lock關鍵字解決。lock關鍵字定義如下：

private static readonly object Form_Lock = new object();//鎖物件的標準寫法

修改程式碼如下：

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，等待所有執行緒都執行完畢
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine($"AsyncNum ={AsyncNum}");

程式執行結果：

除了使用lock，我們還可以使用資料分拆，避免多執行緒操作同一個資料，這樣又安全又高效。

到此這篇關於C#多執行緒相關操作的文章就介紹到這了。希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支援it145.com。


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