8.1 线程与线程池

线程基础

什么是线程？

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。在C#中，System.Threading命名空间提供了对线程操作的支持。

线程的生命周期

1. 创建：通过Thread类实例化一个新线程
2. 就绪：调用Start()方法后线程进入就绪状态
3. 运行：被线程调度器选中后执行线程代码
4. 阻塞：遇到同步操作或调用Sleep()时
5. 终止：线程执行完成或被中止

线程池（ThreadPool）

为什么需要线程池？

• 减少线程创建和销毁的开销
• 限制并发线程数量，防止资源耗尽
• 自动管理线程生命周期

使用线程池

ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => 
{
    // 执行后台任务
    Console.WriteLine("线程池线程执行中...");
});

线程同步

常见同步机制

1. lock语句（Monitor类）

   private static readonly object _lockObj = new object();
   
   lock(_lockObj)
   {
       // 临界区代码
   }
   

2. Mutex（互斥体）

   using var mutex = new Mutex(false, "Global\\MyMutex");
   mutex.WaitOne();
   try {
       // 受保护的代码
   }
   finally {
       mutex.ReleaseMutex();
   }
   

3. Semaphore（信号量）

   SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(3); // 允许3个并发
   await semaphore.WaitAsync();
   try {
       // 受保护的代码
   }
   finally {
       semaphore.Release();
   }
   

线程安全实践

最佳实践

1. 尽量减少共享数据
2. 使用不可变对象
3. 优先使用线程安全集合（如ConcurrentDictionary）
4. 避免死锁（按固定顺序获取锁）

常见问题

• 竞态条件：多个线程同时访问共享数据
• 死锁：多个线程互相等待对方释放资源
• 线程饥饿：某些线程长期得不到执行机会

性能考量

线程 vs 线程池

线程数量建议

• CPU密集型任务：线程数 ≈ CPU核心数
• I/O密集型任务：可以适当增加线程数

注意：在.NET Core/.NET 5+中，ThreadPool已针对现代硬件进行了优化，通常不需要手动设置线程池大小。