[原创][2]探究C#多线程开发细节-“线程的无顺序性“

news2024/12/24 12:47:03

[简介]
常用网名: 猪头三
出生日期: 1981.XX.XX
QQ: 643439947
个人网站: 80x86汇编小站 https://www.x86asm.org
编程生涯: 2001年~至今[共22年]
职业生涯: 20年
开发语言: C/C++、80x86ASM、PHP、Perl、Objective-C、Object Pascal、C#、Python
开发工具: Visual Studio、Delphi、XCode、Eclipse、C++ Builder
技能种类: 逆向驱动磁盘文件
研发领域: Windows应用软件安全/Windows系统内核安全/Windows系统磁盘数据安全/macOS应用软件安全
项目经历: 磁盘性能优化/文件系统数据恢复/文件信息采集/敏感文件监测跟踪/网络安全检测

[序言]
这次主要是探究多线程的运行状态, 多线程的一个显著的特征就是在不干预的情况下, 默认运行是无顺序的. 为什么会造成这样情况发生呢？这就是本篇文章的内容.

[什么是”无顺序“？有没有更形象的描述]
1> 尝试用for循环依次创建10个线程, 分别是0号线程, 1号线程, 2号线程, 3号线程...依次类推到10号线程.
2> 这10个线程都是依次启动, 都是有顺序的, 也就是说谁先创建, 谁先运行. 那就意味着, 0号线程比 1号线程先运行, 然后 1号线程比 2号线程先运行...依次类推.
3> 这10个线程创建并启动运行之后, 都会去尝试更新WinForm上的一个label控件

按照上面的3个逻辑步骤尝试去写代码, 编译, 运行. 你发现一个奇怪的现象, 最先创建的0号线程, 并没有能占在第一位去更新label控件. 就有点像平时我们参加10人短跑竞赛的情况, 我虽然第一个起跑了, 但却拿不到的第一名.

[为什么会出现这样的情况呢？0号线程竟然没法抢先第一位更新label控件, 也就是说0号线最终不是第一名呀]
其实这个是跟Windows操作系统的线程管理器有关系. 一般准确来说称呼为线程调度器. 这个线程调度器是根据自身内部的算法, 来决定Windows内部中每一个线程的运行效率以及优先级. 重新回到上面的例子：如果0号线程没有能抢先第一个更新label控件，而是让给了3号线程抢先. 那就意味着这是由线程调度器决定的, 它会根据当前Windows系统内部的所有因素, 通过算法评估, 最终决定让3号线程来抢先第一个更新labelk控件.

[看到这里, 大家可能会有疑问: Windows操作系统为什么要搞这个"线程调度器"？]
这个问题问得相当好. 根本原因就在于CPU身上. 大家可以把CPU当作一个人, 然后把10个线程当作是给这个人要做的10个任务. 然后线程调度器就是人的大脑. 当大脑在接收到要完成10个任务的时候, 大脑就会考虑到底要先完成哪个任务才能提升工作效率？当经过一番思考之后(这里思考就是指算法了), 决定最终先让第3个任务先完成. 通过我这样的描述, 相信大家都懂了吧. 既然CPU是一个人, 那肯定不能同时一次做完10个任务, 必须要分开做. 那么正常人可能会先做第1个任务. 这里关键核心就来了, CPU的大脑(指算法)是很聪明的，聪明人在做事情之前, 都会分析, 都会评估, 选择最优的工作方式来完成这10个任务, 所以这就是所谓评估算法, 也就是调度算法.

[理解我上面所说的内容, 那么大家可以按照下面的源码尝试编写个程序运行看看]
1> 启动Visual Studio Enterprise 2022版本
2> 建立一个C# Windows窗体应用(.NET Framework).
3> 然后在窗体上放上一个按钮和一个Lable控件
4> 用for循环依次创建10个线程.
完成上面的步骤之后, 模仿下面的代码, 抄写到你建立的项目中.

    public partial class Form_Main : Form
    {

        private ConcurrentQueue<AutoResetEvent> mpr_cq_ThreadEvent = new ConcurrentQueue<AutoResetEvent>();

        public class Thread_Run
        {
            public int mpr_int_ThreadIndex;
            private Action<int> mpr_action_UpdateWaiteInfo;

            public Thread_Run(Action<int> action_param_UpdateWaiteInfo, int int_param_ThreadIndex)
            {
                mpr_action_UpdateWaiteInfo = action_param_UpdateWaiteInfo;
                mpr_int_ThreadIndex = int_param_ThreadIndex;
            }

            public void mpu_pro_StartThread()
            {
                
                Thread class_Thread = new Thread(Thread_Exe);
                class_Thread.Start();
            }

            private void Thread_Exe()
            {

                //调用委托方法来更新UI
                mpr_action_UpdateWaiteInfo?.Invoke(mpr_int_ThreadIndex);

            }

        }// End Thread_Run()


        public Form_Main()
        {
            InitializeComponent();
        }


        public void mpu_pro_UpdateWaiteInfo(int int_param_ThreadIndex)
        {

            if (InvokeRequired)
            {
                this.Invoke((MethodInvoker)delegate {

                    lb_WaitInfo.Text += (Environment.NewLine + string.Format("{0} 号线程已跑到终点.", int_param_ThreadIndex));

                });
            }
        }


        private void Bn_StartThread_Click(object sender, EventArgs e)
        {

            // 启动10个线程
            for (int int_Index = 0; int_Index < 10; int_Index++)
            {

                var var_ThreadEvent = new AutoResetEvent(false);
                mpr_cq_ThreadEvent.Enqueue(var_ThreadEvent);

                Thread_Run class_ThreadRun = new Thread_Run(mpu_pro_UpdateWaiteInfo, int_Index);
                class_ThreadRun.mpu_pro_StartThread();
                
            }

        }

    }

[总结]
这个”线程的无顺序性“是非常重要的理论, 一定要明白这个特性. 只有了解了这个特性, 在日后的多线程开发中, 比如同步, 异步, 竞争, 等待, 并发, 才能有更好的理解. 大家如果阅读完这篇文章, 有更多疑问可以留言, 有更好的建议和想法,也可以留下你的评论.

[程序界面演示]