C#模拟超人和小怪兽赛跑——多线程学习之（二）牛刀小试
在上一篇博客中对线程有了一个初步的概要框架，从这篇博客开始，从代码层面深入学习C#的多线程编程艺术……
线程的重点在于线程的控制，这里使用C#创建控制台程序，模拟超人和小怪兽赛跑的故事，涉及到.NET平台，线程的创建、开启和线程控制中锁的使用，算是多线程学习的一道开胃小菜吧
故事的背景：
一天，超人见到了小怪兽，说要进行一场跑步比赛，但是小怪兽(20m/s)说：“超人(50m/s)你跑的速度快，你要比我多跑一段路程”。超人想了想，我是超人，我怕谁？于是就答应道：“好吧，那我就让你200米”。就这样，两人一拍即合，于是乎，请来了一位教练。 可是教练比较懒，在比赛开始前，先宣布比赛规则：第一个跑到终点的选手，自己将名字写到终点的黑板上，然后又分别悄悄地跟超人和小怪兽叫到一边，小声的说：“等你跑完的时候通知我一声，然后我宣布比赛结束”。裁判一声枪响，两人开始冲锋，可是超人起初怎么能想到今年是2012，世界末日？！于是就在他跑到一半的时候，去拯救地球，回来后继续接着跑。小怪兽对超人全然不知，只顾低头跑步。但是在这场逐鹿汇中，究竟鹿死谁家……？？？
程序模拟：
分析上面的过程，我们需要创建超人、小怪兽这两个线程，来执行跑步的方法；定义一个静态的白板，用于记录第一个跑到终点的选手的姓名；裁判要等到两个线程都结束的时候才宣布比赛结束（线程的阻塞）；超人跑到一半的时候拯救地球和第一个跑到终点的选手去找粉笔，然后记下自己的名字，都是模拟的线程中执行了其他的方法导致的阻塞或延时；系统中定义的白板变量是两个线程公用的数据，在程序中使用锁的方式达到异步读和同步写的目的。
1、定义超人和小怪兽的线程，并声明白板变量，并附带一把锁。
//定义静态的超人和小怪兽的线程，可以让主线程识别——定义线程
private static Thread superman;
private static Thread master;
//设计一个记录选手名单的白板
private static string nameboard;
//定义一个专门用于多线程的锁对象，是一种互斥锁。是引用类型的，引用的是对象的地址，这样不管其他的程序拿到多少个引用，最终还是同一个实际数据；不能是值类型，因为如果是值类型的时候，就是实际数据的副本，不同的对象使用的时候，是对象数据的副本，这样修改后数据就不一致了；引用类型，不管被引用了多少次，但是实例只有一个，一旦这个实例被上锁后，实例只可以被一个人抢占。
private static object lockobj = new object();
2、程序模拟超人和小怪兽跑步的方法——runnerWork
/// <summary>
/// 赛跑的方法。是每一个选手公共工作的方法，返回值是空（Thread定义的委托决定的），传入object表示赛跑的路程(封装的是int类型的参数，必须是object类型，系统已经定义好的委托的类型决定的)
/// obj封装赛跑的路程，设计一个拆装箱的过程
/// </summary>
/// <param name="obj"></param>
private static void runnerWork( object obj )
{
int length = Int32.Parse(obj.ToString());
#region 关于获取线程名的几种写法比较
//最安全的获取线程名称的写法。但在赋值号中可能会被其他线程打断，这种可能性很小，另外我们还可以配合锁，来解决这个问题
string currentname = Thread.CurrentThread.Name;
////这种写法是安全的，因为线程内部会保留线程的一个副本名称，线程与线程之间是相互隔离的，每一个线程会在内存中开辟自己的一段空间，所以，并不是线程越多越好。
//Thread curThread = Thread.CurrentThread;
//string strThreadName = curThread.Name;
////这种写法是不安全的，因为两行代码之间随时可能会有其他的线程插入
//Thread curThread = Thread.CurrentThread;
//string strThreadName = Thread.CurrentThread.Name;
#endregion
#region 给超人和小怪兽的速度定义一个数值
int speed ;
if (currentname == superman.Name)
{
speed = 50;
}
//针对已知的线程使用else if，目的是为了提高线程程序的可扩展性，在多线程中尤为重要
else if (currentname == master.Name)
{
speed = 20;
}
else
{
speed = 1;
}
#endregion
#region 模拟跑步的过程
Console.WriteLine("<" + currentname +">开始起跑……\n");
for (int count = speed; count <= length; count += speed)
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("<" + currentname +">跑到了第"+ count.ToString()+"米\n");
#region 跑到一半的时候，超人去拯救地球
if (count == length / 2)
{
if (currentname == superman.Name)
{
Console.WriteLine("<" + currentname + ">开发现了一个地球危机，去拯救地球……");
//Thread.Sleep(20000);
string waitinfo = "..";
//模拟超人线程在执行赛跑的时候，被阻塞
for (int j = 1; j < 20; j += 2)
{
Console.WriteLine("<" + currentname + ">拯救地球中" + waitinfo);
waitinfo += "..";
Thread.Sleep(2000);
}
Console.WriteLine("<" + currentname + ">拯救地球归来，继续赛跑……");
}
else
{
//什么也不做
}
}
else
{
//什么也不做
}
#endregion
}
Console.WriteLine("<" + currentname + ">冲线！\n");
#endregion
//自主方式记下自己的名字
writeName(currentname);
}
3、选手写自己名字的方法——writeName
/// <summary>
/// 自主的方式记下选手自己的名字
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
private static void writeName(string name)
{
if (nameboard.Length == 0) //异步读，筛选掉那些没有机会写的线程，提高效率
{
lock (lockobj)
{
//如果发现白班是空的，那么就记下名字，否则，失意的走开
if (nameboard.Length == 0) //如果记名板是空的，那么就去写下自己的名字 //同步读 //筛选那些同时进入第一次的异步读时，名字板还是空的时候，有机会排队等锁的人，保证写入安全
{
Console.WriteLine("<" + name + "去找白粉笔……");
//Thread.Sleep(1000);
Thread.Sleep(9000);
Console.WriteLine("<" + name + "找到了白粉笔，开始写自己的名字……");
//任何实际发生之前都有可能被各种原因阻塞，此处用找粉笔模拟延时的过程
nameboard = name; //同步写
Console.WriteLine("<" + name + ">在锁住的房间中，得意洋洋的写下了自己的名字！");
}
else
{
Console.WriteLine("<" + name + ">在锁住的房间中很失望，失意的走开……");
}
}
}
else
{
Console.WriteLine("<" + name + ">在房间外，没有机会进入房间，很失望，失意的走开……");
}
}
4、裁判宣布比赛结果的方法
/// <summary>
/// 裁判宣布胜利者
/// </summary>
private static void announceResult( )
{
//裁判宣布比赛结束，等待所有子线程结束后才进行
Console.WriteLine("我是裁判，我宣布比赛结束！");
Console.WriteLine("本次比赛的优胜者为：" + nameboard);
}
5、裁判的工作，开启两个分线程——judgeWork
/// <summary>
/// 裁判工作，作为赛跑的主线程
/// </summary>
private static void judgeWork()
{
Console.WriteLine("下面要准备开始比赛！");
Console.Write("两位比赛选手分别为: ");
Console.Write( superman.Name );
Console.Write(" PK ");
Console.Write(master.Name);
Console.Write("\n");
//驱动线程执行
Console.Write("回车后开始赛跑：");
Console.ReadLine();
Console.Beep(456, 1200);
Console.Write("发令枪响，选手起跑…… \n");
int supermanlength = 500;
int masterlength = 300;
//向线程需要执行的方法传递参数————启动线程，这两个线程不一定是superman先启动，因为每个线程启动的时间，可能不一样，会受到运行环境还有内部的堆栈的影响
//这里只是表示申请执行，还需要判断资源是否够用等
//Console.WriteLine("回车后超人起跑！");
////这句话可以让主线程阻塞
//Console.ReadLine();
//事实上，屏幕上可能会先输出“回车后小怪兽起跑”，因为超人线程启动需要时间，这里面的主线程在继续执行。
superman.Start(supermanlength); //————启动线程
//Console.WriteLine("回车后小怪兽起跑！");
//Console.ReadLine();
master.Start(masterlength); //————启动线程
//Thread.Sleep(16000);
//主线程等待superman线程
Console.WriteLine("裁判与超人商量，等超人跑完后通知裁判！");
Console.WriteLine("裁判与小怪兽商量，等小怪兽跑完后通知裁判！");
//让主线程等待子线程全部跑完后再宣布比赛结束
//主线程等待superman线程
superman.Join();
//主线程等待master线程。这里的小怪兽线程与上面的超人的线程没有先后的关系。
master.Join();
//宣布获胜选手
announceResult();
}
6、为两个线程初始化数据——initDate
/// <summary>
/// 初始化线程数据：将runnerWork方法传给委托，当某个线程启动的时候，启动注入的事件
/// 线程在执行的时候，是通过委托调用的方法；通过委托，我们可以为一个线程启动多个方法
/// </summary>
private static void initDate()
{
superman = new Thread(new ParameterizedThreadStart(runnerWork));
master = new Thread(new ParameterizedThreadStart(runnerWork));
//在一个线程中启动多个方法
//ParameterizedThreadStart pstart;
//pstart = new ParameterizedThreadStart(runnerWork);
//pstart+=其他方法;
//master = new Thread(pstart);
superman.Name = "superman";
master.Name = "小怪兽";
nameboard = "";
}
7、在控制台的main函数中，启动程序
/// <summary>
/// Main函数象征主线程，无特殊性，只是工作线程中的一个领跑者而已
/// </summary>
/// <param name="args"></param>
static void Main(string[] args)
{
Console.Clear();
//初始化数据，定义线程，封装函数
initDate();
//裁判开始工作，线程在这个方法的里面
judgeWork();
}
总结分析：
创建线程的方法：
private static Thread superman;
开启线程的方法：
superman.Start(supermanlength);
阻塞主线程的方法：
这里是阻塞的是裁判工作，只有当superman这个线程执行完后才可以继续执行裁判工作中这行代码后面的程序。另外，程序并不是先等superman这个线程执行完后再去等待master这个线程执行完的，这两个线程之间是互补干扰的。
superman.Join(); master.Join();
线程中锁的使用：
if (nameboard.Length == 0) //异步读，筛选掉那些没有机会写的线程，提高效率
{
lock (lockobj)
{
//如果发现白班是空的，那么就记下名字，否则，失意的走开
if (nameboard.Length == 0) //如果记名板是空的，那么就去写下自己的名字 //同步读 //筛选那些同时进入第一次的异步读时，名字板还是空的时候，有机会排队等锁的人，保证写入安全
{
………………模拟被各种原因阻塞线程的代码
nameboard = name; //同步写
Console.WriteLine("<" + name + ">在锁住的房间中，得意洋洋的写下了自己的名字！");
}
else
{
Console.WriteLine("<" + name + ">在锁住的房间中很失望，失意的走开……");
}
}
}
else
{
Console.WriteLine("<" + name + ">在房间外，没有机会进入房间，很失望，失意的走开……");
}
这里两次用到了if (nameboard.Length == 0)的判断。程序是这样的一个过程：刚开始的时候，有可能会有多个线程，发现白板是空的，于是就闯过了第一个异步读的判断，进到了房间，但是被lock住的白板相当于是一把锁，使用了lock之后就以为着，钥匙只有一把，假设有2个人，进到了房间，但是总有一个人抢到了钥匙，然后他就把白板独占，等到把自己的名字写好后，才释放资源，释放钥匙，但这个时候，闯到房间内的第二个人，看到白板上已经写上了别人的名字，那么他就不用花费力气再去占用白板资源了，只能直接走人……
看下程序运行结果：
通过上面这个小的程序，相信大家可以对线程有个初步的认识，尤其是对上篇博客中：“线程表示一种执行权限”这句话，有所理解了。
我们通过线程就可以让跑步、写名字这些方法还有黑板这些方法、变量在程序中多个内存中执行、访问。因为cpu在工作的时候是按照时间片的方式执行的，就是在一个最小的单位时间内只执行一个程序，但是在不同的时间片之间可能会执行不同的程序，这样在宏观的时间概念上，就可以cpu是在同时进行着多个工作。
如果我们的程序中有许多工作要做，就可以将工作分类，交给不同的线程来执行。比如说，一个线程专门负责，数据的输入、输出，另一个线程专门负责数据的计算，这样就可以让大工作量的计算单独执行，不用让其他的程序一直在等待。
另外一些比较相似的工作，比如有1万块砖要搬，如果让一个人搬的话，会花上很长很长的时间，可是，如果使用100个人来共同完成这项工作，那么工作效率岂不是大大的提高了吗？但是也并不是人越多约好的，试想一个可以容下100个人自由行动的道路，如果硬是塞了500个人，这样一来，不但没有提高板砖的效率，反而还需要花费精力来协调多余的400人。所以，线程的数量不是越多越好。
还有这么一个问题：如果有了多个人在搬砖的时候，可能就会考虑采用协作的方法了，如果我们事先在装车的时候就把转装到一个一个的框中，这样来板砖的人一看有装好的框，直接就可以提走了，这就是线程池的概念；另外，在砖厂还没有把框里砖装够数量的时候，负责拉砖的人，是不可以把这个框装车的，这样买砖的人会不干的，因为数量不够嘛，所以，这就涉及到了线程同步的关系。
关于线程池和线程同步的方法，会在后续的博客中陆续贴出，这里只做一个过渡。
声明：上面的程序，并非本人原创，这里只是作为一个学习的材料。