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C# 多线程编程核心要点：不只是Thread和lock

news 2025/9/16 14:51:04

聊到C#多线程，很多人第一反应就是Thread和lock。没错，它们是基石，但如果你只停留在它们，那就像只会用菜刀切菜，永远做不出满汉全席。现代C#多线程的核心思想是 “高效地利用计算资源，并安全地处理并发”。下面我跟你捋几个最核心的点，保证接地气。

1. 为什么要用多线程？—— “别让CPU看戏”

想象一下，你的程序需要从网上下载10个文件。如果用单线程，它就是傻乎乎地一个一个下，期间CPU大部分时间都在那“空转”（等待网络响应）。多线程的核心目的就是充分利用多核CPU的计算能力，把这种“等待”的时间利用起来，让其他线程去干活，或者把一个大任务拆成多个小任务同时处理，极大提升程序性能和响应速度。

CPU密集型：计算圆周率、图像处理、加密解密。开多个线程，让每个CPU核心都忙起来。
I/O密集型：读写文件、网络请求、数据库访问。开多个线程，在等待一个I/O操作时，让CPU去处理别的线程的任务。

2. 线程安全：最大的“坑”——“你的变量，大家的变量”

这是多线程最核心、最易出错的概念。多个线程同时访问同一个资源（变量、集合、文件等），如果不做任何保护，结果将是不可预知的。

// 一个经典的错误示例
private static int _counter = 0;void Main()
{for (int i = 0; i < 10; i++){// 启动10个线程，每个都对 _counter 加1000次new Thread(() => {for (int j = 0; j < 1000; j++)_counter++; // 这行不是原子操作！}).Start();}Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine(_counter); // 你几乎永远得不到 10000！
}

为什么？因为 _counter++ 在底层其实是三步：读 -> 改 -> 写。线程A读完值（比如100）后，可能还没来得及写回，线程B也读了（也是100），然后两个线程都计算完写回，结果就成了101，而不是预期的102。

怎么办？加“锁”（Synchronization）

最常用的工具就是lock关键字（Monitor的语法糖）。

private static readonly object _lockObj = new object(); // 必须是一个私有、只读的引用对象
private static int _counter = 0;void Main()
{for (int i = 0; i < 10; i++){new Thread(() => {for (int j = 0; j < 1000; j++)lock(_lockObj) // 只有一个线程能进入这块代码{_counter++;}}).Start();}Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine(_counter); // 现在稳稳的是 10000
}

记住：锁的对象应该是一个私有的、只读的引用类型对象，千万别用lock(this)、lock(“string”)这种。

3. 现代多线程的利器：Task 和 async/await

别再一上来就new Thread()了！Thread是“底层工人”，创建和销毁成本高，不好管理。.NET 4.0 引入的 TPL（Task Parallel Library） 才是我们现在的主力。

Task：代表一个异步操作。它比Thread更轻量，底层用的是线程池，能高效地管理和复用线程，避免了频繁创建销毁线程的开销。
```
// 用 Task 来执行后台计算
Task.Run(() => {// 这里会在线程池线程中执行DoSomeHeavyCalculations();
});
```
async/await（C# 5.0）：这是异步编程的语法糖，它的主要目的是解放UI线程，保持界面响应，而不是直接创建新线程。
```
// 在UI按钮点击事件中
private async void btnDownload_Click(object sender, EventArgs e)
{btnDownload.Enabled = false;// await 不会阻塞UI线程！// 它告诉编译器：等这个耗时的Task完成后再回来执行后面的代码，期间UI线程是自由的。string data = await HttpClient.GetStringAsync("http://example.com");// 这里会自动回到UI线程上下文，所以可以直接更新UItxtResult.Text = data;btnDownload.Enabled = true;
}
```
关键理解：async/await本身不创建新线程。HttpClient.GetStringAsync这类I/O操作，大部分时间是在等待网络硬件，根本不需要占用任何CPU线程。它用了一种叫“IO完成端口”的高效机制。只有在遇到CPU密集型任务时，你才应该用Task.Run把它推到后台线程。

4. 并发集合：让你“锁”得更少一点

List<T>, Dictionary<TKey, TValue>这些集合都不是线程安全的。如果你每次都靠lock来保护它们，代码会很难写且容易死锁。

.NET 在 System.Collections.Concurrent 命名空间下提供了一堆现成的线程安全集合：

ConcurrentBag<T>：一个无序的包，适合生产者-消费者场景。
ConcurrentDictionary<TKey, TValue>：线程安全的字典，它的GetOrAdd, AddOrUpdate等方法非常强大且原子性。
BlockingCollection<T>：一个带阻塞功能的集合，是实现生产者-消费者模式的绝佳工具。

用它们可以大大减少你手动lock的次数。

5. 取消操作：让线程“优雅地”退出

你不能直接粗暴地Abort()一个线程，这会导致资源泄露和状态不一致。正确的做法是使用协作式取消。

.NET 提供了 CancellationTokenSource 和 CancellationToken 来实现这个模式。

void Main()
{var cts = new CancellationTokenSource();// 启动一个可取消的任务var task = Task.Run(() => DoWork(cts.Token), cts.Token);// 2秒后发出取消信号Thread.Sleep(2000);cts.Cancel();try { task.Wait(); } catch (AggregateException ex) { /* 处理取消异常 */ }
}void DoWork(CancellationToken token)
{while (true){token.ThrowIfCancellationRequested(); // 如果已取消，就抛出OperationCanceledException// ... 或者也可以这样检查if (token.IsCancellationRequested)break; // 优雅地清理并退出循环// 做一点工作Thread.Sleep(500);}
}

总结一下核心思想：

目的：榨干CPU性能，提升响应能力。
基石：理解线程安全，熟练使用lock。
现代工具：抛弃原始的Thread，拥抱 Task 和 async/await。分清 CPU密集型（用Task.Run）和 I/O密集型（用async/await）。
基础设施：使用并发集合减少锁的烦恼。
良好习惯：使用取消令牌实现优雅停止。