[CLR via C#]25. 线程基础

一、Windows为什么要支持线程

• 线程内核对象(thread kernel object)    OS为系统中创建的每个线程都分配并初始化这种数据结构。在该数据结构中，包含一组对线程进行描述的属性。 数据结构中还包含所谓的线程上下文(thead context)。上下文是一个内存块，其中包含了CPU的寄存器集合。Windows在一台x86CPU的计算机运行时，线程上下文使用约700字节的内存。对于x64和IA64CPU，上下文分别使用约1240字节和2500字节的内存。       
• 线程环境块(thread environment block,TEB)    TEB是在用户模式中分配和初始化的一个内存块。TEB耗用1个内存页(x86和x64CPU中是4KB，IA64CPU中是8K)。TEB包含线程的异常处理链首。线程进入的每个try块都在链首插入一个节点。线程退出try块时，会从链中删除该节点。除此之外，TEB还包括线程的"线程本地存储"数据，以及由GDI和OpenGL图形使用的一些数据结构。
• 用户模式栈(user-mode stack)    用户模式栈用于存储传给方法的局部变量和实参。它还包含一个地址：指向当前方法返回时，应该接着从哪个地址开始执行。默认情况下，Windows为每个线程的用户模式分配1MB的内存。
• 内核模式栈(kernel-model stack)    应用程序代码向OS中的一个内核模式的函数传递实参时，会使用内核模式栈。出于安全方面的原因，针对从用户模式的代码传给内核的任何实参，Windows都会把它们从线程的用户模式栈复制到线程的内核模式栈。一经复制，内核就可以验证实参的值，然后进行处理。除此之外，内核会调用它自己内部的方法，并利用内核模式栈传递自己的实参、存储函数的局部变量以及存储返回地址。在32为的Windows运行时，内核模式栈大小为12KB；在64位Windows上运行时，大小为24KB。
• DLL线程连接(attach)和线程分离(detach)通知 Windows的一个策略是，任何时候在进程中创建一个线程，都会调用那个进程中加载的所有DLL的DLLMain方法，并向该方法传递一个DLL_THREAD_ATTACH标识。类似的，任何时候一个线程终止，都会调用进程中的所有DLL的DLLMain方法，并向该方法传递一个DLL_THREAD_DETACH标识。有的DLL需要利用这些通知，为进程中创建和销毁的每个线程执行一些特殊的初始化或资源清理操作。

• 将CPU寄存器中的值保存到当前正在运行的线程的内核对象内部的一个上下文结构中。
• 从现有线程集合中选出一个线程供调度(这个就是要切换到的线程)。如果该线程由另一个进程拥有，Windows在开始执行任何代码或者任何数据之前，还必须切换CPU"看见"的虚拟地址空间。
• 将所选上下文结构中的值加载到CPU的寄存器中。

• 线程需要以非普通线程优先级运行。所有线程池线程都以普通优先级运行；虽然可以改变这种优先级，但不建议这样做。另外，在不同的线程池操作之间，对优先级的更改是无法持续的。
• 需要线程表现为一个前台线程，防止应用程序在线程结束它的任务之前终止。线程池的线程都是后台线程。如果CLR想要终止线程，它们可能被迫无法完成任务。
• 一个计算限制的任务需要长时间运行。线程池为了判断是否需要创建一个额外的线程，所采用的逻辑是比较复杂的。直接为长时间运行的任务创建一个专用线程，则可以避免这个问题。
• 要启动一个线程，并可能调用Thread的Abort方法来提前终止它。

public sealed class Thread : CriticalFinalizerobject,... {
    public Thread(ParameterizedThreadStart start);
    //这里没有列出不常用的构造器
}

delegate void ParameterizedThreadStart(Oject obj);

internal static class FirstThread {
   public static void Go() {
      Console.WriteLine("Main thread: starting a dedicated thread " +
         "to do an asynchronous operation");
      Thread dedicatedThread = new Thread(ComputeBoundOp);
      dedicatedThread.Start(5);
 
      Console.WriteLine("Main thread: Doing other work here...");
      Thread.Sleep(10000);     // 模拟做其它工作(10 秒钟)
 
      dedicatedThread.Join();  // 等待线程终止
      Console.ReadLine();
   }
 
   // 这个方法的前面必须和ParametizedThreadStart委托匹配
   private static void ComputeBoundOp(Object state) {
      // 这个方法由一个专用线程执行
      Console.WriteLine("In ComputeBoundOp: state={0}", state);
      Thread.Sleep(1000);  // 模拟其它任务(1 秒钟)
 
      // 这个方法返回后，专用线程将终止
   }
}

public class Program
    {
        public static void Main()
        {
            // 创建一个线程 (默认是前台进程)
            Thread t = new Thread(Worker);
 
            // 将前台进程变成后台进程
            t.IsBackground = true;
 
            t.Start(); // 启动线程
            // 如果t是一个前台进程，则应用程序大约10秒后才终止
            // 如果t是一个后台进程，则应用程序立即终止
            Console.WriteLine("Ruturning from Main");
 
            Console.Read();
        }
 
        private static void Worker()
        {
            Thread.Sleep(10000); // 模拟做10秒钟工作
            Console.WriteLine("Ruturning from Worker");
        }
    }