VB.NET多线程

1. 引言

　　1.1 进程与线程和应用程序域

　　在操作系统中，进程被定义为应用程序的运行实例，是应用程序的一次动态执行。线程是进程内部程序执行的路径，是进程的一个执行单元。从根本上说，线程是可由系统调度的一个最简单的代码单元，负责执行包含在进程的地址空间中的程序代码。参见图1。

　　在.NET框架中，提出了应用程序域的概念。所有程序编译后生成的都是中间代码，而这些中间代码的隔离、加载和卸载以及安全边界的提供都是通过应用程序域来实现的。此时，一个进程可以包含一个或多个应用程序域，而一个应用程序域又可以包含一个或多个线程。这样实际上就相当于在进程和线程之间增加了一个新的安全边界。无论在同一个进程之内还是在不同的进程之间，每个应用程序域之间都是相互无关的，这些不同的应用程序域之间只能通过远程通讯来实现消息和对象的传递。

　　图1 进程、线程和应用程序域之间的关系

　　1.2 多线程的意义

　　一个采用了多线程技术的应用程序可以更好地利用系统资源。其主要优势在于充分利用了CPU的空闲时间片，可以用尽可能少的时间来对用户的要求做出响应，使得进程的整体运行效率得到较大提高，同时增强了应用程序的灵活性。更为重要的是，由于同一进程的所有线程是共享同一内存，所以不需要特殊的数据传送机制，不需要建立共享存储区或共享文件，从而使得不同任务之间的协调操作与运行、数据的交互、资源的分配等问题更加易于解决。

　　2. Visual basic.net对多线程的支持

　　2.1 VB对多线程的支持

　　在旧有的VB6.0及其以前的版本中，较少涉及到多线程的问题。这是因为VB并不是线程安全的，多线程模式的工作原理和编程机制对于VB并不完全适合。在VB6.0的应用中，我们可以通过Win32 CreateThread API来创建一个多线程的应用，或者通过欺骗COM库而在一个独立的线程中创建一个组件，不过这些技术都是难以调试和维护的。

2.2 Visual Basic.NET对多线程的支持

　　由于Visual Basic.NET是基于.NET框架的，而.NET框架的重要组成部分CLR（Common Language Runtime，通用语言运行时）内置支持多线程应用，可以通过系统的System.Threading类直接建立多线程应用程序，并且支持线程池等高级功能。任何.NET框架结构下的语言，包括Visual Basic.NET在编写多线程应用程序的时候，都可以利用系统类所提供的对象和方法，而不再需要使用Win32 API，因此可以大大减轻开发的困难和错误所发生的几率。

　　3. Visual Basic.NET中多线程编程的实现

　　3.1 线程的创建与管理

　　用来创建和维护线程的基类是System.Threading.Thread类。它能够创建并控制线程，设置其优先级并获取其状态。它拥有Start, Stop, Resume, Abort, Suspend和Join (wait for)等方法操纵线程，还可以通过如Sleep, IsAlive, IsBackground, Priority, ApartmentState和ThreadState等方法查询和设置线程状态。

　　最直接的创建线程的方法是创建一个新的线程类实例，并使用AddressOf语句为要运行的线程传递任务。

　　以下代码将名为myTask的子过程作为单独的线程运行：

　　Dim Thread1 As New System.Threading.Thread(AddressOf myTask)

　　Thread1.Start

　　类似的，使用Thread类的Sleep方法可以阻滞当前线程，使用Suspend方法可以挂起线程，使用Resume可以重新启动挂起的线程，使用Abort方法可以停止一个线程，使用Join方法可以使当前线程等待其它线程运行结束。

　　3.2 线程取消

　　多线程的一个优点是，应用程序的用户界面部分始终可以做出响应，即使其它线程正在执行任务。通过同步事件和作为标志的字段可以通知其它线程停止。要取消一个或多个正在运行的线程，可以调用 CancelTask() 方法。

3.3 线程的优先级

　　不同的线程具有不同的优先级，而优先级决定了线程能够得到多少CPU时间。高优先级的线程通常会比一般优先级的线程得到更多的CPU时间，如果程序中存在不止一个高优先级的线程，操作系统将在这些线程之间循环分配CPU时间。一旦低优先级的线程在执行时遇到了高优先级的线程，它将让出CPU给高优先级的线程。在Visual Basic.NET中，System.Threading.Thread.Priority枚举了线程的优先级别，这些级别包括Highest、AboveNormal、Normal、BelowNormal、Lowest。新创建的线程初始优先级为Normal。

　　3.4 线程的状态

　　线程从创建到终止，它一定处于某一个状态，而这个状态是由System.Threading.Thread.ThreadState属性定义的。当一个线程刚被创建时，它处在Unstarted状态，然后Thread类的Start() 方法将使线程状态变为Running状态，如果不调用相应的方法使线程挂起、阻塞、销毁或者终止，则线程将一直保持这样的状态。挂起的线程处于Suspended状态，直到我们调用resume（）方法使其重新执行，这时候线程将重新变为Running状态。一旦线程被销毁或者终止，则线程处于Stopped状态，处于这个状态的线程将不复存在。线程还有一个Background状态，它表明线程运行在前台还是后台。而在一个确定的时间，线程可能处于多个状态。参见图2。

　　图2 线程状态转换

　　3.5 线程池

　　在应用程序中使用多线程操作能优化应用程序性能，但是多线程往往需要花费更多的代码和精力去控制线程以及实现线程之间的轮询和状态转换。使用线程池则可以自动完成这些工作，同时还可以优化计算机的访问性能，从而更加有效的利用多线程的优势。使用线程池，可以使用要运行的过程的委托来调用 ThreadPool.QueueUserWorkItem 方法，VB .NET 将创建线程并运行该过程。以下代码说明了如何使用线程池启动多个任务。

Sub DoMyWork()

　　Dim MyPool As System.Threading.ThreadPool ' 将一个任务排队

　　MyPool.QueueUserWorkItem(New System.Threading.WaitCallback(AddressOf Task1))

　　MyPool.QueueUserWorkItem(New System.Threading.WaitCallback(AddressOf Task2))

　　End Sub

　　如果要启动很多单独的任务，但并不需要单独设置每个线程的属性，则线程池将非常有用。每个线程都以默认的堆栈大小和优先级启动。默认情况下，每个系统处理器上最多可以运行25个线程池线程。超过该限制的其它线程会被排队，直至其它线程运行结束后它们才能开始运行。

　　线程池并不是在所有的情况下都适用，当需要特定优先级的线程时就没法通过线程池来实现。

　　3.6 线程的同步

　　在多线程应用中，我们需要考虑不同线程之间的数据同步和防止死锁。当两个或多个线程之间同时等待对方释放资源的时候就会形成线程之间的死锁。为了防止死锁的发生，我们需要通过同步来实现线程安全。在Visual Basic.NET中提供了三种方法来完成线程的同步。

　　（1） 代码域同步：使用Monitor类可以同步静态/实例化的方法的全部代码或者部分代码段。

　　（2） 手工同步：可以使用不同的同步类（诸如WaitHandle, Mutex, ReaderWriterLock, ManualResetEvent, AutoResetEvent 和Interlocked等）创建自己的同步机制。这种同步方式要求你自己手动的为不同的域和方法同步，这种同步方式也可以用于进程间的同步和解除由于对共享资源的等待而造成的死锁。

　　（3） 上下文同步：使用SynchronizationAttribute为ContextBoundObject对象创建简单的，自动的同步。这种同步方式仅用于实例化的方法和域的同步。所有在同一个上下文域的对象共享同一个锁。

 

　　4. 结束语

　　本文讨论了Visual Basic.NET中多线程开发技术。多线程技术是实现需要并发执行的应用程序的较好选择，尤其对于大部分时间被阻塞的程序段，例如在开发访问网络资源，系统开销比较大的操作或实现快速的用户界面响应时，具有不可替代的作用。但由于每个线程都需要额外的内存来创建，同时还需要处理器时间片来运行和管理线程，因此如果创建的线程过多，反而会降低应用程序的性能。所以在设计多线程应用程序时，应慎重对待，建立合理的系统模型，这样才能使应用程序获得最佳的性能。