C# 多线程并发编程基础
1. 线程基础
1.1 线程简介
C# 中的线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程中，是进程中的实际运作单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程可以并发执行不同的任务。
1.2 线程的创建与启动
在 C# 中，可以使用 System.Threading.Thread 类来创建和管理线程。
创建线程：
Thread thread = new Thread(new ThreadStart(YourMethod));
启动线程：
thread.Start();
1.3 线程的状态
线程在其生命周期中会经历多种状态，包括新建、就绪、运行、阻塞和死亡等。
1.4 线程的优先级
C# 中的线程具有优先级，可以通过 Thread.Priority 属性来设置。优先级高的线程更有可能获得 CPU 时间片。
2. 多线程编程基础
2.1 线程同步
多线程编程中，由于多个线程可能同时访问共享资源，因此需要考虑同步问题。C# 提供了多种同步机制。
锁（Lock）：
object lockObject = new object();
lock (lockObject)
{
// 临界区代码
}
互斥量（Mutex）：
Mutex mutex = new Mutex();
mutex.WaitOne();
// 临界区代码
mutex.ReleaseMutex();
信号量（Semaphore）：
Semaphore semaphore = new Semaphore(1, 1);
semaphore.WaitOne();
// 临界区代码
semaphore.Release();
2.2 线程间通信
线程间通信是多线程编程中的重要部分，C# 提供了多种机制来实现线程间的通信。
事件（Event）：
ManualResetEvent event = new ManualResetEvent(false);
event.Set(); // 通知其他线程
event.WaitOne(); // 等待其他线程通知
等待句柄（WaitHandle）：
AutoResetEvent waitHandle = new AutoResetEvent(false);
waitHandle.Set(); // 通知其他线程
waitHandle.WaitOne(); // 等待其他线程通知
2.3 线程池
线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在后台以异步方式执行任务。
使用线程池：
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(YourMethod));
2.4 异步编程
C# 提供了异步编程模型（Async/Await），可以简化异步操作的编写。
异步方法：
public async Task YourAsyncMethod()
{
// 异步操作
var result = await SomeAsyncOperation();
return result;
}
3. 高级线程管理
3.1 并行类库（TPL）
.NET Framework 4 引入了任务并行库（Task Parallel Library, TPL），用于简化并行编程。
创建任务：
Task task = new Task(YourMethod);
task.Start();
等待任务完成：
Task.WaitAll(task1, task2);
并行循环：
Parallel.For(0, 100, i =>
{
// 并行执行的代码
});
3.2 并行 LINQ（PLINQ）
PLINQ 是对 LINQ to Objects 的并行实现，可以显著提高数据处理的性能。
PLINQ 查询：
var query = from num in numbers.AsParallel()
where num % 2 == 0
select num;
3.3 同步上下文（SynchronizationContext）
同步上下文用于确保在正确的线程上执行回调。
获取当前同步上下文：
SynchronizationContext context = SynchronizationContext.Current;
发布到同步上下文：
context.Post(state =>
{
// 在正确的线程上执行的代码
}, state);
4. 线程安全集合
4.1 线程安全集合类
C# 提供了一些线程安全的集合类，可以在多线程环境下安全地使用。
线程安全字典（ConcurrentDictionary）：
ConcurrentDictionary dict = new ConcurrentDictionary();
dict.TryAdd(1, "Value1");
string value;
dict.TryGetValue(1, out value);
线程安全队列（ConcurrentQueue）：
ConcurrentQueue queue = new ConcurrentQueue();
queue.Enqueue(1);
int item;
queue.TryDequeue(out item);
4.2 不可变集合
不可变集合是一旦创建就不能修改的集合，可以安全地在多线程间共享。
创建不可变集合：
ImmutableList list = ImmutableList.Create(1, 2, 3);
5. 性能监控与调试
5.1 性能监控
使用性能监控工具可以帮助诊断多线程程序中的性能瓶颈。
性能计数器：
PerformanceCounter counter = new PerformanceCounter("Category", "Counter");
counter.NextValue();
5.2 调试技巧
调试多线程程序需要特殊的技巧和工具。
使用 Visual Studio 调试器：
- 断点
- 并行堆栈窗口
- 并行任务窗口
日志记录：
using (var writer = new StreamWriter("log.txt", true))
{
writer.WriteLine("Thread {0} is executing.", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
6. 最佳实践与常见问题
6.1 最佳实践
- 尽量使用线程池来管理线程
- 避免过度同步
- 使用异步编程模型来提高响应性和性能
6.2 常见问题
- 死锁
- 竞态条件
- 线程饥饿
通过遵循最佳实践和了解常见问题，可以编写出高效、稳定的多线程程序。
以上是 C# 多线程并发编程的基础内容，通过掌握这些基本概念和技巧，可以开始编写高效的多线程应用程序。