《进程与线程》PPT课件

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第2章进程与线程2.1进程与线程的基本概念2.2进程管理（Process类）2.3线程管理（Thread类）2.4线程同步与线程池2.5BackgroundWorker组件 本章重点本章教学目的通过对进程、线程基本知识以及BackGroundWork组件的介绍，使学生对相关内容有一个感性认识。本章教学要求（1）掌握进程查看、启动、停止的基本方法；（2）掌握线程创建、启动、终止的基本方法；（3）掌握开辟多线程的基本方法；（4）掌握在一个线程中引用其他线程中的控件的方法；（5）了解其他内容。 2.1进程与线程的基本概念进程正在执行的程序称为进程。与进程相关的信息包括：进程标示（进程ID）、文件名、执行的程序和数据，运行时间、在存储器中的位置、占用的内存容量等。线程将一个进程划分为若干个独立的执行流，每一个执行流均称为一个线程。（1）线程是CPU调度和分配的基本单位。（2）每个进程都有一个主线程。（3）除了主线程以外，还可以给一个进程分配若干个子线程，从而达到多个任务并行执行的目的。 2.2进程管理（Process类）1、Process类位于System.Diagnostics命名空间下。2、对本机（也叫本地计算机）（1）可以启动、终止某个进程（2）可以查看进程相关信息，如CPU利用率等（3）可以查看进程工作状态3、对远程计算机（1）可以查看远程计算机相关信息（2）无法直接启动、终止远程计算机4、在一个程序中处理其他的程序（例如调用其他.exe文件、快捷方式等），实际上就是对进程进行管理。 2.2进程管理（Process类）Process类提供的静态方法 2.2进程管理（Process类）5、Process类常用的属性和方法-----------------------获取进程实例-------------------GetProcessById方法（静态方法）：通过进程Id创建新的Process组件，并将其与本地计算机上的进程资源关联。GetProcessById最多只有一个Process实例。GetProcesses方法（静态方法）：获取本机所有进程GetProcessesByName方法（静态方法）：获取本机上特定名称的进程-----------------------获取及设置优先级---------------BasePriority属性:获取进程优先级（只读）PriorityClass属性：设置或更改进程优先级 2.2进程管理（Process类）---------------------------进程ID及进程名-----------------------Id属性：获取关联进程的唯一标识符ProcessName属性：获取该进程的名称，不包括路径和扩展名---------------------------进程其他信息-------------------------MachineName属性：获取关联进程正在其上运行的计算机名称MainModule属性：获取关联进程的主模块Modules属性：获取由关联进程加载的模块TotalProcessorTime属性：获取进程的总的处理器时间StartTime属性：获取关联进程的启动时间WorkingSet64属性：为进程分配的物理内存量（字节数） 1.2Process类-----------------------进程启动-------------------------Start方法：启动进程资源并将其与Process组件关联StartInfo属性：获取或设置要传递给启动进程的文件名以及启动参数-----------------------进程终止-------------------------Kill方法：强制终止进程CloseMainWindow方法：关闭具有用户界面的进程Close方法：释放与此组件关联的所有资源HasExited属性：指示关联进程是否已终止WaitForExit方法：设置等待关联进程退出的时间，并在该段时间结束前或该进程退出前，阻止当前线程执行。 2.2.1获取进程信息1、如何获取进程信息（1）获取本地计算机的所有进程：Process[]myProcesses=Process.GetProcesses();（2）获取本地计算机上指定名称的进程：Process[]myProcesses=Process.GetProcessesByName("进程名称");注意：（a）进程名称不带扩展名。（b）可以是任何一个可执行文件例如：Process[]myProcesses=Process.GetProcessesByName(“WindowApplication1"); 2.2.1获取进程信息（续）（3）获取远程计算机的所有进程：Process[]myProcesses=Process.GetProcesses(remoteMachineName);例如：Process[]myProcesses=Process.GetProcesses("192.168.0.1");（4）获取远程计算机上指定名称的进程：Process[]myProcesses=Process.GetProcessesByName("远程进程名称",remoteMachineName); 程序举例【例2-1】【例2-1】观察本机运行的所有进程，并显示进程相关的信息。要求：（1）用DataGridView显示所有进程信息（2）鼠标单击DataGridView某处时，判断单击的是否为行开头或者某个单元格，如果是，显示该行进程的详细信息（运行效果见下页图） 1.2.1获取进程信息（续）运行效果（ProcessMonitor）： 2.2.2启动和停止进程1.启动进程：方法1：（1）创建一个Process组件的实例，例如：ProcessmyProcess=newProcess();（2）设置其对应的StartInfo属性，指定要运行的应用程序名以及传递的参数：myProcess.StartInfo.FileName="文件名";process1.StartInfo.Arguments="参数";如果该进程带有图形用户界面，也可以指定图形用户界面的打开方式。例如：myProcess.StartInfo.WindowStyle=ProcessWindowStyle.Normal;（3）调用该实例的Start方法启动该进程。方法2：直接调用Process类提供的静态方法启动进程。 2.2.2启动和停止进程（续）2.停止进程通过两种方法利用Process组件停止进程。（1）如果进程有图形用户界面，调用CloseMainWindow方法。（2）如果进程没有用户界面，调用进程的Kill方法。不论有没有图形用户界面，如果希望强行让其退出，在权限允许的情况下，均可以调用Kill方法终止该进程。 程序举例【例2-2】【例2-2】启动、停止和观察Notepad进程。（StartStopProcess）要求：（1）用ListView显示“记事本”进程信息。（2）用Process类提供的静态方法启动进程。（3）终止进程时，把所有“记事本”进程全部终止。 项目中的应用：在程序中执行sql文件说明：osql.exe是SQLServer提供的一个工具，可以利用该工具添加、删除数据库用户，修改用户登录密码，附加、分离数据库等。对于通过程序管理数据库很有用。publicvoidExecuteSqlFile(stringstrFileName){ProcessSqlProcess=newProcess();SqlProcess.StartInfo.FileName="osql.exe";SqlProcess.StartInfo.Arguments="-Usa-Psa123-dmydb-i"+strFileName;SqlProcess.StartInfo.WindowStyle=ProcessWindowStyle.Hidden;SqlProcess.Start();SqlProcess.WaitForExit();SqlProcess.Close();} 2.3线程管理（Thread类）2.3.1前台线程与后台线程2.3.2线程基本操作2.3.3Volatile关键字2.3.4在一个线程中操作另一个线程的控件 2.3线程管理（Thread类）Thread类位于System.Threading命名空间下。Thread类是用于创建和控制线程的,对线程的常用操作有：启动线程、终止线程、合并线程和让线程休眠等。Thread类提供的常用属性IsAlive属性：获取一个值，该值指示当前线程的执行状态。如果此线程已启动并且尚未正常终止，则为true；否则为falseIsBackground属性：获取或设置一个值，该值指示某个线程是否为后台线程。是后台线程或即将成为后台线程，则为true；否则为falsePriority属性：获取或设置一个值，该值指示线程的调度优先级 2.3线程管理（Thread类）（续）Thread类提供的常用方法Start方法：启动线程Join方法：将指定的线程合并到当前线程中，并阻止当前线程执行，直到指定的线程终止或经过了指定的时间为止Sleep方法：将当前线程阻止指定的毫秒数，零(0)表示应挂起此线程以使其他等待线程能够执行Abort方法：在调用此方法的线程上引发ThreadAbortException，以开始终止此线程的过程。调用此方法通常会终止线程 2.3.1前台线程与后台线程一个线程要么是后台线程要么是前台线程。后台线程与前台线程类似，区别是后台线程不会影响进程终止。属于某个进程的所有前台线程都终止后，公共语言运行库就会结束该进程，而且所有属于该进程的后台线程也都会立即停止，而不管后台工作是否完成。利用Thread对象的IsBackground属性，可以设置或判断一个线程是后台线程还是前台线程。通过将某个线程的IsBackground属性设置为true，使其变为后台线程。默认情况下，属于托管线程池的线程（即其IsThreadPoolThread属性为true的线程）都是后台线程，通过创建并启动新的Thread对象而生成的线程都是前台线程。 2.3.2线程的基本操作1.启动线程启动线程前，首先要创建一个线程。创建无参数线程的一般形式为：Threadt1=newThread(线程名);创建带参数线程的一般形式为（传递一个Object类型的参数）：Threadt2=newThread(线程名(Objectobj));对于不止一个参数的情况，可以先将这些参数封装到一个类中，然后传递该类的实例，在线程中，再通过该实例访问相应的数据，从而达到启动线程时传递多个参数的目的。创建线程实例后，就可以调用Start方法启动线程了。例如：t1.Start();//不带参数t2.Start(“myClass”);//带参数注意：调用Start只是告诉系统启动该线程，但是系统并不一定会立即启动它。 2.3.2线程的基本操作2.终止线程两种方法：事先设置一个布尔字段，在其他线程中通过修改该布尔量的值作为传递给该线程是否需要终止的判断条件，而在该线程中循环判断该布尔值，以确定是否退出线程，这是结束线程比较好的方法，实际应用中一般使用这种方法。调用Thread类的Abort方法，该方法的最终效果是强行终止线程。 2.3.2线程的基本操作3.暂停线程在多线程应用程序中，有时候并不希望某一个线程继续执行，而是希望该线程暂停一段时间，这样，CPU就会将其时间片中剩余的部分让给另一个线程。调用Thread类的Sleep方法可以实现这个功能。例如：Thread.Sleep(1000);这条语句的功能是让当前线程暂停1000毫秒。注意Sleep方法是静态方法，暂停的是该语句所在的线程，而不是其他线程。 2.3.2线程的基本操作4.合并线程Join方法用于把指定的线程合并到当前线程中，从而使其变为一个单个的线程。如果一个线程t1在执行的过程中需要等待另一个线程t2结束后才能继续执行，可以在t1的代码块中调用t2的join方法。例如：t2.Join();功能：t1在执行到t2.Join()语句后，就处于暂停状态，直到t2结束后才会继续执行。为了避免t1一直等待，可以在调用t2的Join方法的时候指定一个暂停时间，例如：t2.Join(100); 2.3.3Volatile关键字volatile修饰符表示所声明的字段可以被多个并发执行的线程修改。如果某个字段声明包含volatile关键字，则该字段将不再被编译器优化。这样可以确保该字段在任何时间呈现的都是最新的值。对于由多个线程访问的字段，而且该字段没有用lock语句对访问进行序列化，声明字段时应该使用volatile修饰符。volatile修饰符只能包含在类或结构的字段声明中，不能将局部变量声明为volatile。在布尔型字段的声明中，添加volatile修饰符的方法如下：publicvolatileboolshouldStop; 2.3.3Volatile关键字volatile修饰符可应用于以下类型:（1）引用类型。（2）指针类型（在不安全的上下文中）。（3）整型，如sbyte、byte、short、ushort、int、uint、char、float和bool。（4）具有整数基类型的枚举类型。（5）已知为引用类型的泛型类型参数。（6）IntPtr和UIntPtr。 2.3.4在一个线程中操作另一个线程的控件默认情况下，在Windows应用程序中，.NETFramework不允许在一个线程中直接操作另一个线程中的控件，这是因为访问Windows窗体控件本质上不是线程安全的。在应用程序中，如果创建某控件的线程之外的其他线程试图调用该控件，则系统会引发一个InvalidOperationException异常。有两种办法可以解决这个问题：（1）使用委托（delegate）操作另一个线程中的控件（2）用BackgroundWorker组件在后台执行线程 2.3.4在一个线程中操作另一个线程的控件（续）利用委托调用另一个线程控件（方法1，不易理解）：delegatevoidAppendStringDelegate(stringstr);privatevoidAppendString(stringstr){if(richTextBox1.InvokeRequired){AppendStringDelegated=AppendString;richTextBox1.Invoke(d,str);}else{richTextBox1.Text+=str;}} 2.3.4在一个线程中操作另一个线程的控件利用委托调用另一个线程控件（方法2，容易理解）：privatedelegatevoidAppendStringDelegate(stringstr);publicvoidAppendString(stringstr){richTextBox1.BeginInvoke(newAppendStringDelegate(AddMessageToRichTextBox),newObject[]{message});}privatevoidAddMessageToRichTextBox(stringmessage){richTextBox1.AppendText(message);} 程序举例【例2-3】【例2-3】在Class1类中声明两个方法Method1和Method2，其中Method1不停地输出字符“a”，Method2不停地输出字符“b”，在Form1中启动线程执行Method1和Method2，并在RichTextBox中显示线程输出的字符。（ThreadExample） 2.4线程同步与线程池2.4.1线程的优先级2.4.2线程同步2.4.3lock语句2.4.4线程池 2.4.1线程的优先级五个优先级，由高到低分别是：Highest、AboveNormal、Normal（默认）、BelowNormal和Lowest可以使用下面的方法为其赋予较高的优先级：Threadt=newThread(MethodName);t.priority=ThreadPriority.AboveNormal;通过设置线程的优先级可以改变线程的执行顺序，所设置的优先级仅仅适用于这些线程所属的进程。注意：当把某线程的优先级设置为Highest时，系统正在运行的其他线程都会终止，所以使用这个优先级别时要特别小心。 2.4.2线程同步同步指多个线程之间存在先后执行顺序的关联关系。哪些资源需要同步系统资源（如通信端口）多个进程所共享的资源（如文件句柄）由多个线程访问的单个应用程序域的资源（如全局、静态和实例字段） 2.4.2线程同步为什么要同步当两个线程t1和t2有相同的优先级，并且同时在系统上运行时，如果先把时间片分给t1使用，它在结构s1中（该结构中有多个变量）写入某些值，但如果在时间片用完时它仍没有完成写入，这时由于时间片已经分给t2使用，而t2又恰好要尝试读取该结构的值，此时读出的就不是正确的值。这种情况下，如果使用同步仅允许一个线程使用s1，在该线程完成对s1的写入工作后再让t2读取这个结构值，就可以避免出现此类错误。 2.4.2线程同步解决方法:System.Threading命名空间提供了多个用于同步线程的类这些类包括Mutex、Monitor、Interlocked和AutoResetEvent。在实际应用中经常使用lock语句完成线程同步。该语句简化了编程的复杂性，使程序看起来既清晰又简洁 2.4.3lock语句lock语句的功能lock语句可以有效地实现同步，即将代码段（语句块）标记为临界区。它能确保当一个线程位于代码的临界区（可以理解为一段代码）时，另一个线程不进入临界区。如果其他线程试图进入锁定的代码段，则它将一直等待（即被阻塞），直到锁定的对象被释放以后才能进入临界区。lock语句的用法首先利用lock语句锁定某一个对象，然后执行代码段中的语句，等代码段中的语句执行完毕后，再释放该对象。privateObjectobj=newObject();……lock(obj){//临界区中的代码} 2.4.3lock语句（续）使用lock语句应注意的问题：锁定的对象名（上面代码中的obj）一般声明为Object类型，不要将其声明为值类型。锁定的对象名不能将其声明为public，只能为private临界区中的代码一般不宜太多。 程序举例【例2-4】【例2-4】lock语句用法举例：多线程随机取款。（相当于某公司派多人在多台自动取款机上同时取款）运行效果：（lockExample）正确的运行结果错误的运行结果 2.4.4线程池背景：1）无限制的创建线程消耗系统资源2）创建线程、回收线程均需要时间线程池：是在后台执行多个任务的线程集合。1）最大线程数限制。如果所有线程都繁忙，则额外的任务将放入等待队列中，直到有线程可用时才能够得到处理。2）最小线程数=创建线程池时应立即启动的数目3）一旦池中的某个线程完成任务，它将返回到等待线程队列中，等待被再次使用。这种重用使应用程序可以避免为每个任务创建新线程引起的资源和时间消耗。4）一项工作任务被加入到线程池的队列中，就不能取消该任务，直到该任务完成。 2.4.4线程池（续）线程池的默认大小：每个可用处理器25个线程。每个进程都有一个线程池。为什么要用线程池？降低系统开销可以重用资源，使应用程序可以避免为每个任务创建新线程引起的资源和时间消耗。什么情况下才使用线程池？后台执行，而且不同线程没有优先级区别适用于需要多个线程而实际执行时间又不多的场合没有导致线程长时间被阻塞的任务（对于可能长时间被阻塞的任务，应该创建单独的线程处理，不应该使用线程池），这是因为线程池具有最大线程数限制，大量阻塞的线程池线程可能会阻止任务启动 2.4.4线程池（续）ThreadPool类位于System.Threading命名空间下。ThreadPool提供了对线程池的操作（静态方法），例如：发送工作项、处理异步I/O、设置线程数目等ThreadPool是一个静态类托管线程池中的线程为后台线程，即它们的IsBackground属性为true。这意味着在所有的前台线程都已退出后，ThreadPool线程也会自动退出 2.4.4线程池（续）GetAvailableThreads方法：检索由GetMaxThreads返回的线程池线程的最大数目和当前活动数目之间的差值GetMaxThreads方法：检索可以同时处于活动状态的线程池请求的数目。所有大于此数目的请求将保持排队状态，直到线程池线程变为可用GetMinThreads方法：检索线程池在新请求预测中维护的空闲线程数SetMaxThreads方法：可以同时处于活动状态的线程池的请求数目。所有大于此数目的请求将保持排队状态，直到线程池线程变为可用。SetMinThreads方法：设置线程池在新请求预测中维护的空闲线程数 2.4.4线程池（续）QueueUserWorkItem方法功能：功能：请求线程池处理一个任务或者工作项运行时线程池会自动为每一个任务创建线程并且在任务释放时释放线程。语法:带一个WaitCallback委托的参数，这个参数包装了要完成的任务PublicstaticboolQueueUserWorkItem(WaitCallbackcallBack,objectstate)PublicstaticboolQueueUserWorkItem(WaitCallbackcallBack)参数:state:包含方法所用数据的对象callBack:System.Threading.WaitCallback，它表示要执行的方法 2.4.4线程池（续）例如：ThreadPool.QueueUserWorkItem(newWaitCallback(方法名),Object参数);ThreadPool.QueueUserWorkItem(newWaitCallback(方法名）);P41例子 2.5BackgroundWorker组件功能：提供了在后台执行耗时操作的功能，利用它既能在后台线程中与界面交互，又能有效地处理资源争用等并发冲突。创建方式：通过编程方式创建BackgroundWorker从【工具箱】的“组件”选项卡中拖到窗体上。如果在Windows窗体设计BackgroundWorker，则它会出现在组件栏中，而且它的属性会显示在【属性】窗口中。 2.5BackgroundWorker组件常用属性、方法和事件CancellationPending属性：指示是否已请求取消后台操作IsBusy属性：指示是否正在进行异步操作WorkerReportsProgress属性：指示能否报告进度更新WorkerSupportsCancellation属性：是否支持异步取消CancelAsync方法：请求取消挂起的后台操作ReportProgress方法：引发ProgressChanged事件RunWorkerAsync方法：执行后台操作DoWork事件：调用RunWorkerAsync时发生ProgressChanged事件：调用ReportProgress时发生RunWorkerCompleted事件：后台操作已完成、被取消或引发异常时发生 2.5BackgroundWorker组件 2.5BackgroundWorker组件 2.5BackgroundWorker组件（续）用法：在DoWork事件中调用耗时的处理程序（线程处理程序）。调用RunWorkerAsync方法启动线程（触发事件）。在ProgressChanged事件中显示操作信息（相当于操作另一个线程的控件）在RunWorkerCompleted事件中处理操作完成时显示的内容 程序举例【例2-5】【例2-5】利用BackgroundWorker组件执行后台线程。后台线程不停地产生10000以内的随机整数，同时判断产生的这个随机数是否能被5整除，如果该数能被5整除，在主窗体的RichTextBox中显示这个数。操作界面可以启动后台线程，也可以停止后台线程。注意：（1）如何利用BackgroundWorker组件执行方法，并给方法传递参数信息。（2）如何在界面中提示进度信息（3）通过什么事件可以知道BackgroundWork组件执行的方法已经运行完毕。（4）如何取消BackgroundWorker方法的执行。 程序举例【例2-5】 本章作业及实验习题：习题1、习题2、习题3、习题4实验：预习实验一