[C#|Visual Studio] Threading: Podstawy

W języku C#, niezależnie od tego, czy tworzymy aplikację konsolową, WinFormsową czy WPFową, domyślnie operacje zawsze będą się wykonywały w jednym wątku, tworzonym przez CLR. Wątkami w .NEcie zarządza specjalny mechanizm zwany thread scheduler. Na jednordzeniowej maszynie wielowątkowość realizowana jest poprzez podział czasu pracy procesora, natomiast na wielordzeniowej wątki uruchamiane są na wszystkich rdzeniach, jednak należy pamiętać, że system operacyjny czy też inne uruchomione programy również korzystają z CPU, tak więc podział czasu i przełączanie wątków w praktyce odbywa się zawsze. Czas przełączenia szacuje się na dziesiątku milisekund.

Najprostszym sposobem na zrównoleglenie wykonywanych operacji jest klasa Thread. Poniższy przykład pokazuje, jak przy jej użyciu na wieloprocesorowej maszynie wykonywać operacje naprzemiennie.

public static void Run()
{
    Thread t = new Thread(WriteY);          
    t.Start();
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        Thread.Sleep(i);
        Console.Write("x");
    } 
        
}

static void WriteY()
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        Thread.Sleep(i);
        Console.Write("y");
    }
}

Warto pamiętać, że dla każdego wątku tworzony jest osobny memory stack. Informacje pomiędzy wątkami mogą być przekazywane np. poprzez zmienne statyczne. Nieumiejętne ich wykorzystanie może jednak spowodować poważne problemy. Aby uniknąć np. sytuacji, w której dwa wątki zapisują w tym samym czasie dane do jednej zmiennej, należy użyć tzw. Exclusive Lock. Użycie słowa kluczowego lock powoduje, że tylko jeden wątek w danej chwili może korzystać z zasobu, drugi musi poczekać.

public class LockTest
{
    static bool done;
    static readonly object locker = new object();

    public static void Run()
    {
        new Thread(Go).Start();
        Go();
    }

    static void Go()
    {
        lock (locker)
        {
            if (!done) { Console.WriteLine("Done"); done = true; }
        }
    }
}

Blokowany wątek nie zużywa zasobów CPU.

Kolejną ważną operacją jest Join, służący do synchronizowania kolejności wykonywania operacji. Jeżeli z poziomu jednego wątku startujemy inny podrzędny, możemy zażądać aby dalsze wykonywanie kodu wstrzymać do zakończenia działania tego podrzędnego wątku.

public class JoinTest
{
    public static void Run()
    {
        Thread t = new Thread(Go);
        t.Start();
        for (int i = 0; i < 100; i++) Console.Write("x");
        t.Join();
        Console.WriteLine("Thread t has ended!");
    }

    static void Go()
    {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) Console.Write("y");
    }
}

Wątki można nazywać, co przydaje się podczas debugowania w Visual Studio. Można im także nadawać priorytety. Nadanie priorytetu decyduje o tym, ile czasu procesor poświęci na dany wątek. Domyślny priorytet to Medium.

public class ThreadNamePriorityTest
{
    public static void Run()
    {
        Thread.CurrentThread.Name = "Main Thread";
        Thread worker = new Thread(Go);
        worker.Name = "Worker";
        worker.Priority = ThreadPriority.BelowNormal;
        worker.Start();
        Go();
    }

    static void Go()
    {
        Console.WriteLine("Hello from " + Thread.CurrentThread.Name);
    }
}