آموزش سی شارپ - چندنخی

نخ (Thread) به عنوان مسیر اجرایی یک برنامه تعریف می‌شود. هر نخ، یک جریان کنترل منحصر به فرد را تعریف می‌کند. اگر برنامه شما شامل عملیات‌های پیچیده و زمان‌بر باشد، معمولاً بهتر است مسیرها یا نخ‌های اجرا را با انجام کار خاصی برای هر نخ تنظیم کنید.

نخ‌ها فرایندهای سبک هستند. یک مثال معمول از استفاده از نخ‌ها، پیاده‌سازی برنامه‌نویسی همروند توسط سیستم‌عامل‌های مدرن است. استفاده از نخ‌ها، تلفات چرخه CPU را کاهش می‌دهد و کارایی برنامه را افزایش می‌دهد.

تاکنون برنامه‌هایی را نوشته‌ایم که یک نخ تنها به عنوان یک فرآیند تکرار می‌شود که نمونه در حال اجرای برنامه است. با این روش، برنامه فقط می‌تواند یک کار را همزمان انجام دهد. برای اجرای بیش از یک وظیفه در یک زمان، می‌توان آن را به نخ‌های کوچکتر تقسیم کرد.

چرخه عمر نخ

چرخه عمر یک نخ زمانی شروع می‌شود که یک شیء از کلاس System.Threading.Thread ایجاد می‌شود و در پایان زمانی که نخ خاتمه یا اجرایش را تکمیل می‌کند، به پایان می‌رسد.

در زیر، وضعیت‌های مختلف در چرخهٔ عمر یک نخ آمده است:

• وضعیت آغاز نشده (Unstarted State) - وقتی نمونهٔ نخ ایجاد می‌شود ولی متد Start فراخوانی نشده است.

• وضعیت آماده (Ready State) - وقتی نخ آماده برای اجرا است و در انتظار دورهٔ CPU است.

• وضعیت غیرقابل اجرا (Not Runnable State) - نخ غیرقابل اجرا است زمانی که:

  • متد Sleep فراخوانی شده است
  • متد Wait فراخوانی شده است
  • باعث مسدود شدن در عملیات I/O شده است

• وضعیت خاتمه (Dead State) - وقتی نخ اجرا را به پایان می‌رساند یا به خاطر لغو شدن خاتمه می‌یابد.

نخ اصلی (The Main Thread)

در سی شارپ، از کلاس System.Threading.Thread برای کار با نخ ها استفاده می‌شود. این کلاس ایجاد و دسترسی به نخ های جداگانه در یک برنامه مولتی‌ترد را امکان‌پذیر می‌کند. اولین نخی که در یک فرآیند اجرا می‌شود، نخ اصلی نامیده می‌شود.

وقتی یک برنامه سی شارپ اجرا می‌شود، نخ اصلی به صورت خودکار ایجاد می‌شود. نخ های ایجاد شده با استفاده از کلاس Thread، نخ های فرزند نخ اصلی نامیده می‌شوند. شما می‌توانید با استفاده از ویژگی CurrentThread کلاس Thread به یک نخ دسترسی پیدا کنید.

برنامه زیر اجرای نخ اصلی را نشان می‌دهد:

using System;
using System.Threading;

namespace MultithreadingApplication {
   class MainThreadProgram {
      static void Main(string[] args) {
         Thread th = Thread.CurrentThread;
         th.Name = "MainThread";
         
         Console.WriteLine("This is {0}", th.Name);
         Console.ReadKey();
      }
   }
}

هنگامی که کد بالا کامپایل و اجرا می شود، نتیجه زیر را ایجاد می کند -

This is MainThread

ویژگی‌ها و متدهای کلاس نخ (Thread)

جدول زیر ویژگی‌های پرکاربرد کلاس نخ (Thread) را نشان می‌دهد −

جدول زیر متدهای پرکاربرد کلاس نخ (Thread) را نشان می‌دهد −

ایجاد نخ‌ها

نخ‌ها با گسترش کلاس Thread ایجاد می‌شوند. سپس کلاس Thread گسترش یافته، متد Start() را صدا می‌زند تا اجرای نخ فرزند آغاز شود.

برنامه زیر مفهوم را نشان می‌دهد −

using System;
using System.Threading;

namespace MultithreadingApplication {
   class ThreadCreationProgram {
      public static void CallToChildThread() {
         Console.WriteLine("Child thread starts");
      }
      static void Main(string[] args) {
         ThreadStart childref = new ThreadStart(CallToChildThread);
         Console.WriteLine("In Main: Creating the Child thread");
         Thread childThread = new Thread(childref);
         childThread.Start();
         Console.ReadKey();
      }
   }
}

هنگامی که کد بالا کامپایل و اجرا می شود، نتیجه زیر را ایجاد می کند -

In Main: Creating the Child thread
Child thread starts

مدیریت نخ‌ها

کلاس Thread روش‌های مختلفی برای مدیریت نخ‌ها فراهم می‌کند.

مثال زیر استفاده از متد sleep() را برای توقف نخ به مدت زمان مشخص نشان می‌دهد.

using System;
using System.Threading;

namespace MultithreadingApplication {
   class ThreadCreationProgram {
      public static void CallToChildThread() {
         Console.WriteLine("Child thread starts");
         
         // the thread is paused for 5000 milliseconds
         int sleepfor = 5000; 
         
         Console.WriteLine("Child Thread Paused for {0} seconds", sleepfor / 1000);
         Thread.Sleep(sleepfor);
         Console.WriteLine("Child thread resumes");
      }
      
      static void Main(string[] args) {
         ThreadStart childref = new ThreadStart(CallToChildThread);
         Console.WriteLine("In Main: Creating the Child thread");
         
         Thread childThread = new Thread(childref);
         childThread.Start();
         Console.ReadKey();
      }
   }
}

هنگامی که کد بالا کامپایل و اجرا می شود، نتیجه زیر را ایجاد می کند -

In Main: Creating the Child thread
Child thread starts
Child Thread Paused for 5 seconds
Child thread resumes

از بین بردن نخ‌ها

متد Abort() برای از بین بردن نخ‌ها استفاده می‌شود.

زمان اجرا با پرتاب یک ThreadAbortException، نخ را از بین می‌برد. این استثنا قابل دریافت نیست و در صورت وجود، کنترل به بخش finally منتقل می‌شود.

برنامه زیر این موضوع را نمایش می‌دهد −

using System;
using System.Threading;

namespace MultithreadingApplication {
   class ThreadCreationProgram {
      public static void CallToChildThread() {
         try {
            Console.WriteLine("Child thread starts");
            
            // do some work, like counting to 10
            for (int counter = 0; counter <= 10; counter++) {
               Thread.Sleep(500);
               Console.WriteLine(counter);
            }
            
            Console.WriteLine("Child Thread Completed");
         } catch (ThreadAbortException e) {
            Console.WriteLine("Thread Abort Exception");
         } finally {
            Console.WriteLine("Couldn't catch the Thread Exception");
         }
      }
      static void Main(string[] args) {
         ThreadStart childref = new ThreadStart(CallToChildThread);
         Console.WriteLine("In Main: Creating the Child thread");
         
         Thread childThread = new Thread(childref);
         childThread.Start();
         
         //stop the main thread for some time
         Thread.Sleep(2000);
         
         //now abort the child
         Console.WriteLine("In Main: Aborting the Child thread");
         
         childThread.Abort();
         Console.ReadKey();
      }
   }
}

هنگامی که کد بالا کامپایل و اجرا می شود، نتیجه زیر را ایجاد می کند -

In Main: Creating the Child thread
Child thread starts
0
1
2
In Main: Aborting the Child thread
Thread Abort Exception
Couldn't catch the Thread Exception