มัลติเธรดใน C#: ประโยชน์ พื้นฐาน และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

การเขียนโปรแกรมแบบมัลติเธรดคืออะไร

มัลติเธรดเป็นแนวคิดพื้นฐานในวิศวกรรมซอฟต์แวร์ ใน C# การเขียนโปรแกรมแบบมัลติเธรดเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์ที่ทำงานกับ .NET Framework นักพัฒนาใช้ มัลติเธรดใน C# อย่างแพร่หลาย เนื่องจากช่วยให้พวกเขาสร้างแอปพลิเคชันที่ซับซ้อนและตอบสนองได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บล็อกนี้ให้ภาพรวมของ c# multithreading ในขณะเดียวกันก็ดูว่าโปรแกรมเมอร์สามารถสร้างและจัดการเธรดได้อย่างง่ายดายอย่างไร นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ของการใช้มัลติเธรดและโมเดลเธรดต่างๆ ที่มีอยู่ใน C#

ประโยชน์และข้อดีของการเขียนโปรแกรมแบบมัลติเธรด

เมื่อดำเนินการพร้อมกัน มัลติเธรดจะปรับปรุงประสิทธิภาพของแอปพลิเคชัน ประโยชน์ทั่วไปของ เธรด C# มีดังต่อไปนี้:

• เพิ่มประสิทธิภาพของแอปพลิเคชัน: ด้วยความช่วยเหลือของมัลติเธรด แอปพลิเคชันจึงทำงานได้เร็วขึ้นโดยมีหลายงานที่ทำงานในพื้นที่เดียวกันโดยรวมแล้วช่วยลดเวลาการดำเนินการและหลีกทางให้กับงานหลายอย่าง
• เพิ่มปริมาณงาน: การทำงานหลายอย่างพร้อมกันใน C# ช่วยเพิ่มปริมาณงานของแอปพลิเคชันเมื่อเธรดที่ต่างกันสองเธรดทำงานพร้อมกัน จะช่วยประหยัดเวลาและทรัพยากรได้
• ปรับปรุงการตอบสนอง: ด้วยความช่วยเหลือของมัลติเธรด ผู้ใช้สามารถเข้าถึงส่วนหน้าของแอปพลิเคชันในขณะที่โปรแกรมทำงานในพื้นหลัง
• การใช้ทรัพยากรที่เพิ่มขึ้น: มัลติเธรดช่วยให้ผู้ใช้สามารถเข้าถึงทรัพยากรระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นตัวอย่างเช่น เธรดสามารถใช้ทรัพยากรร่วมกัน เช่น ไฟล์ หน่วยความจำ และอุปกรณ์ I/O ซึ่งเป็นการปูทางไปสู่ประสิทธิภาพ
• การเขียนโปรแกรมที่เข้าถึงได้มากขึ้น: มัลติเธรดช่วยให้การเขียนโปรแกรมง่ายขึ้นเนื่องจากผู้ใช้สามารถเขียนเธรดได้อย่างอิสระนอกจากนี้ยังช่วยให้ผู้ใช้สามารถดีบักและทดสอบแอปพลิเคชันแบบแยกส่วนได้
• การสื่อสารที่ปรับให้เหมาะสม: การซิงโครไนซ์เธรดทำให้สามารถสื่อสารแบบกระบวนการต่อกระบวนการได้ดีขึ้นสามารถใช้สำหรับการสื่อสารที่เข้าถึงได้มากขึ้นระหว่างเธรด

ประการแรก มีผลกับวัตถุเดี่ยวที่สามารถซิงโครไนซ์ได้ ประการที่สองสามารถใช้กับคลาส System.Threading และ Interlocked

แนวคิดพื้นฐานของมัลติเธรดใน C#

มัลติเธรดช่วยให้ผู้ใช้สามารถทำงานหลายอย่างพร้อมกันด้วยความช่วยเหลือของโปรเซสเซอร์หลายคอร์ ต่อไปนี้เป็นแนวคิดพื้นฐานที่ใช้ในมัลติเธรด:

• เธรด: เธรดเป็นหน่วยพื้นฐานในมัลติเธรดที่ช่วยดำเนินการกระบวนการเส้นทางเหล่านี้เป็นเส้นทางการดำเนินการภายในโปรแกรมที่กำหนดซึ่งสามารถทำงานพร้อมกันกับเธรดอื่นๆ

ใน C# เราสามารถหาเธรดได้สองประเภท ได้แก่ เธรดเบื้องหน้าและเบื้องหลัง คลาสของเธรดโดยเฉลี่ยประกอบด้วยชื่อ ลำดับความสำคัญ isAlive, ThreadState, Start(), Suspend(), Resume() และ Join()

• กลุ่มเธรด: กลุ่มเธรดคือเธรดที่ช่วยดำเนินการงานช่วยให้ระบบปฏิบัติการสามารถนำเธรดที่มีอยู่กลับมาใช้ใหม่และลดความเสี่ยงของค่าโสหุ้ยที่อาจเกิดขึ้น
• การซิงโครไนซ์: การซิงโครไนซ์มองเห็นการเข้าถึงเธรดอื่นสำหรับการดำเนินการหลายอย่างเป็นกระบวนการที่จำเป็นในการรักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลและป้องกันค่าใช้จ่าย
• การล็อกตาย: การล็อกตายเป็นข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นเมื่อเธรดสองเธรดใช้ทรัพยากรร่วมกัน และพยายามดำเนินการต่อโดยไม่สำเร็จอาจทำให้ระบบหยุดทำงานหรืออาจนำไปสู่การรอได้
• การเขียนโปรแกรมแบบอะซิงโครนัส: การเขียนโปรแกรมแบบอะซิงโครนัสทำให้สามารถทำงานหลายอย่างในเบื้องหลังได้ ในขณะที่อนุญาตให้เธรดหลักทำงานโดยไม่หยุดชะงักเป็นการปูทางสำหรับส่วนต่อประสานผู้ใช้ที่ตอบสนองได้หลากหลาย เพิ่มประสิทธิภาพของแอปพลิเคชัน

การสร้างและเรียกใช้เธรด

การสร้างและเรียกใช้อาจง่ายขึ้นด้วยตัวอย่างเหล่านี้ ตัวอย่าง มัลติเธรด C# แสดงไว้ด้านล่าง:

ใช้ระบบ;

ใช้ System.Threading;

โปรแกรมคลาส {

โมฆะคงที่ Main () {

int workerIndex = 0;

Thread workerThread = เธรดใหม่ (ThreadStart ใหม่ (ผู้ปฏิบัติงาน));

workerThread.Start();

สำหรับ (int mainIndex = 1; mainIndex <= 10; mainIndex++) {

Console.WriteLine(“เธรดหลัก: {0}”, mainIndex);

Thread.Sleep(200);

}

ผู้ปฏิบัติงานด้ายเข้าร่วม ();

}

โมฆะคงที่ Worker() {

สำหรับ (int workerIndex = 1; workerIndex <= 10; workerIndex ++) {

Console.WriteLine(“เธรดผู้ปฏิบัติงาน: {0}”, workerIndex * 2);

Thread.Sleep(200);

}

}

}

เอาท์พุต:

หัวข้อหลัก: 1

เธรดผู้ปฏิบัติงาน: 2

เธรดหลัก: 2

เธรดคนงาน: 4

เธรดหลัก: 3

เธรดผู้ปฏิบัติงาน: 6

เธรดหลัก: 4

เธรดคนงาน: 8

เธรดหลัก: 5

เธรดผู้ปฏิบัติงาน: 10

หัวข้อหลัก: 6

เธรดคนงาน: 12

หัวข้อหลัก: 7

เธรดคนงาน: 14

หัวข้อหลัก: 8

เธรดคนงาน: 16

หัวข้อหลัก: 9

เธรดคนงาน: 18

เธรดหลัก: 10

เธรดคนงาน: 20

คำอธิบาย: ในผลลัพธ์นี้ เธรดทั้งสองทำงานพร้อมกันเพื่อพิมพ์หมายเลข 1 ถึง 10 และ 2 ถึง 20 โดยเธรดหลังจะเพิ่มเป็นสองเท่าจากดัชนีลูปในตัวอย่างนี้ มีการใช้เมธอด C# thread sleep (Thread.Sleep)

ในทำนองเดียวกัน เราจะดู ตัวอย่างเธรด C# อื่น โดยใช้เธรดเบื้องหน้า:

ใช้ระบบ;

ใช้ System.Threading;

โปรแกรมคลาส {

โมฆะคงที่ Main () {

เธรด myThread = เธรดใหม่ (ผู้ปฏิบัติงาน);

myThread.Start();

Console.WriteLine (“หัวข้อหลัก: เริ่มต้นแล้ว”);

สำหรับ (int i = 1; i <= 5; i++) {

Console.WriteLine(“เธรดหลัก: จำนวน {0}”, i);

Thread.Sleep(500);

}

Console.WriteLine (“หัวข้อหลัก: สิ้นสุดแล้ว”);

}

โมฆะคงที่ Worker() {

สำหรับ (ใน j = 1; j <= 5; j++) {

Console.WriteLine(“เธรดผู้ปฏิบัติงาน: นับ {0}”, j * 3);

Thread.Sleep(750);

}

Console.WriteLine (“เธรดผู้ปฏิบัติงาน: สิ้นสุดแล้ว”);

}

}

เอาท์พุต:

หัวข้อหลัก: เริ่มต้นแล้ว

เธรดผู้ปฏิบัติงาน: นับ 3

หัวข้อหลัก: นับ 1

เธรดผู้ปฏิบัติงาน: นับ 6

หัวข้อหลัก: นับ 2

หัวข้อผู้ปฏิบัติงาน: นับ 9

หัวข้อหลัก: นับ 3

เธรดคนงาน: จำนวน 12

หัวข้อหลัก: นับ 4

เธรดคนงาน: นับ 15

หัวข้อหลัก: นับ 5

หัวข้อผู้ปฏิบัติงาน: สิ้นสุดแล้ว

หัวข้อหลัก: สิ้นสุดแล้ว

คำอธิบาย: เอาต์พุตนี้แสดงการทำงานของเธรดทั้งสองพร้อมกันเนื่องจากเธรดหลักและเธรดพื้นหลังทำงานพร้อมกัน เธรดหลักจะพิมพ์ตัวเลขตั้งแต่ 1 ถึง 5 เธรดผู้ปฏิบัติงานจะพิมพ์ทวีคูณของ 3 ถึง 15

ชำระเงินหลักสูตรการพัฒนาซอฟต์แวร์ที่ upGrad เพื่อเพิ่มทักษะ

อ่านบทความยอดนิยมของเราเกี่ยวกับการพัฒนาซอฟต์แวร์

การซิงโครไนซ์เธรด

การซิงโครไนซ์เธรดเกี่ยวข้องกับการประสานงานร่วมกันของหลายเธรดในโปรแกรม ช่วยให้มั่นใจได้ว่าโปรแกรมถูกดำเนินการตามลำดับเฉพาะเพื่อให้สามารถเข้าถึงทรัพยากรที่ใช้ร่วมกันได้

ใน C# จะทำโดยใช้การซิงโครไนซ์ดั้งเดิม เช่น คีย์เวิร์ดล็อค ออบเจกต์การซิงโครไนซ์ และคลาส Interlocked

ตัวอย่าง การซิง โครไนซ์เธรด C# แสดงไว้ด้านล่าง:

ใช้ระบบ;

การใช้ System.Threading;

คลาส TablePrinter

{

โมฆะสาธารณะ PrintTable()

{

ล็อค (นี้)

{

สำหรับ (int i = 3; i <= 8; i++)

{

Thread.Sleep(200);

Console.WriteLine(i*5);

}

}

}

}

โปรแกรมคลาส

{

โมฆะคงที่สาธารณะ Main (string[] args)

{

TablePrinter tp = TablePrinter ใหม่ ();

เธรด t1 = เธรดใหม่ (เธรดใหม่ (tp.PrintTable));

เธรด t2 = เธรดใหม่ (เธรดใหม่ (tp.PrintTable));

t1.Start();

t2.Start();

}

}

เอาท์พุต:

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

สำรวจหลักสูตรการพัฒนาซอฟต์แวร์ฟรีของเรา

การหยุดชะงัก

การหยุดชะงักในมัลติเธรดเกิดขึ้นเมื่ออย่างน้อยสองเธรดขึ้นไปขึ้นอยู่กับชุดของทรัพยากร เมื่อเธรดหนึ่งซ้อนทับเส้นทางไปยังความช่วยเหลือ ในขณะที่เธรดอื่นพยายามทำเช่นเดียวกัน มันจะกลายเป็นการหยุดชะงัก

ตัวอย่างเช่น หากเธรด A มีการล็อคทรัพยากร 1 และกำลังรอการเข้าถึงทรัพยากร 2 ขณะที่เธรด B รอทรัพยากร 1 อาจส่งผลให้เกิดการหยุดชะงัก

ตัวอย่างได้รับด้านล่าง:

ใช้ระบบ;

ใช้ System.Threading;

เนมสเปซเดดล็อคอินชาร์ป

{

ตัวอย่างคลาสสาธารณะ

{

วัตถุแบบอ่านอย่างเดียวแบบคงที่ firstLock = วัตถุใหม่ ();

วัตถุแบบอ่านอย่างเดียวแบบคงที่ SecondLock = วัตถุใหม่ ();

โมฆะคง ThreadJob()

{

Console.WriteLine(“\t\t\t\tล็อคล็อคแรก”);

ล็อค (ล็อคแรก)

{

Console.WriteLine(“\t\t\t\tLocked firstLock”);

Thread.Sleep (1500);

Console.WriteLine(“\t\t\t\tล็อควินาทีล็อค”);

ล็อค (ล็อคที่สอง)

{

Console.WriteLine(“\t\t\t\tล็อควินาทีล็อค”);

}

Console.WriteLine(“\t\t\t\tปล่อยตัวล็อคที่สอง”);

}

Console.WriteLine(“\t\t\t\tปล่อยล็อคแรก”);

}

โมฆะคงที่หลัก ()

{

เธรดใหม่ (เริ่มเธรดใหม่ (ThreadJob)). เริ่ม ();

Thread.Sleep (1,000);

Console.WriteLine("การล็อคตัวล็อคตัวที่สอง");

ล็อค (ล็อคที่สอง)

{

Console.WriteLine("ล็อกวินาทีล็อก");

Console.WriteLine(“การล็อก firstLock”);

ล็อค (ล็อคแรก)

{

Console.WriteLine("ล็อคก่อนล็อค");

}

Console.WriteLine(“ปล่อยล็อคแรก”);

}

Console.WriteLine(“ปล่อยตัวล็อคที่สอง”);

Console.Read();

}

}

}

เอาท์พุต:

ล็อควินาทีล็อค

ล็อควินาทีล็อค

ล็อคก่อนล็อค

ล็อคก่อนล็อค

เปิดตัว firstLock

เปิดตัว SecondLock

ทักษะการพัฒนาซอฟต์แวร์ตามความต้องการ

พูลเธรด

กลุ่มเธรดช่วยจัดการการดำเนินการหลายเธรดในสภาพแวดล้อมแบบมัลติเธรดใน C# สิ่งเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่าเธรดทั้งหมดสามารถเข้าถึงทรัพยากรที่มีการควบคุมได้โดยไม่ทำให้เกิดการหยุดชะงัก

ตัวจัดการเธรดพูลดูแลเธรดพูล ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการสร้าง ทำลาย และจัดตารางเธรด

นี่คือตัวอย่างของเธรดพูลที่ใช้ TPL (Task Parallel Library):

ใช้ระบบ;

ใช้ System.Threading.Tasks;

โปรแกรมคลาส

{

โมฆะคงที่หลัก ()

{

งาน<string> งาน = Task.Factory.StartNew<string>

(() => DownloadString(“http://www.example.com/”));

ผลลัพธ์ของสตริง = งาน ผลลัพธ์;

Console.WriteLine(ผลลัพธ์);

Console.Read();

}

DownloadString สตริงคงที่ (สตริง uri)

{

ใช้ (var wc = ใหม่ System.Net.WebClient())

กลับ wc.DownloadString(uri);

}

เอาท์พุต:

ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับเนื้อหาที่มีอยู่ในหน้าเว็บ โปรแกรมนี้จะรับประกันการดาวน์โหลดเนื้อหาจากหน้าเว็บจาก URL ที่ระบุ จากนั้นจะพิมพ์ออกมา

การเขียนโปรแกรมแบบอะซิงโครนัสด้วย Task Parallel Library (TPL)

Task Parallel Library (TPL) เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการจัดการกับ APIS และประเภทสาธารณะ มัน จัดการ System.Threading และ System.Threading.Tasks

.NET Framework 4 มีภาษาและ API ระดับเฟรมเวิร์กสำหรับนักพัฒนาที่ต้องการเขียนโค้ดแบบขนาน ด้วยความช่วยเหลือของ TPL การเขียนโปรแกรมแบบอะซิงโครนัสช่วยให้โปรแกรมทำงานโดยไม่ปิดกั้นเธรดหลัก

นี่คือตัวอย่างการเขียนโปรแกรมแบบอะซิงโครนัสด้วย TPL:

งาน<string> งาน = Task.Factory.StartNew<string>(() => {

ส่งคืน "ผลลัพธ์";

});

ผลลัพธ์สตริง = งานผลลัพธ์;

งาน async MyMethod () {

ผลลัพธ์ของสตริง = รองาน;

}

ตรวจสอบหลักสูตรเทคโนโลยีฟรี ของเรา เพื่อรับความได้เปรียบเหนือการแข่งขัน

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับมัลติเธรดใน C#

มัลติเธรดสามารถช่วยประหยัดเวลาในแง่ของประสิทธิภาพและการทำงานหลายอย่างพร้อมกัน หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของมัลติเธรด คุณสามารถเลือกเรียนหลักสูตร วิทยาศาสตรมหาบัณฑิตสาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์จาก LJMU

ต่อไปนี้เป็นแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดบางประการเพื่อช่วยให้ผู้ใช้ประหยัดเวลาและบันทึกได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

• ใช้คอลเล็กชันที่ปลอดภัยสำหรับเธรด: คอลเล็กชันที่ทำงานพร้อมกันของ .NET Framework มีเวอร์ชันที่ปลอดภัยสำหรับเธรดสำหรับทุกคอลเล็กชัน ซึ่งช่วยให้มัลติเธรดทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพได้ง่ายขึ้นคอลเลกชันเหล่านี้ประกอบด้วยรายการและแบบสอบถาม และพจนานุกรม
• ใช้การซิงโครไนซ์เธรด: ผู้ใช้สามารถใช้การล็อก มอนิเตอร์ และเซมาฟอร์ได้อย่างรวดเร็วเนื่องจากลักษณะของเครื่องมือเธรด
• ใช้การรวมเธรด: การใช้หลายเธรดสามารถทำได้ง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับระบบ ต้องขอบคุณการรวมเธรดส่วนใหญ่ที่ทำโดยผู้ใช้ในขณะเดียวกัน ผู้ใช้สามารถใช้เพื่อสร้างเธรดโดยอัตโนมัติ
• ใช้ที่จัดเก็บแบบเธรดโลคัล: ขณะฝึกมัลติเธรด ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการเข้าถึงทรัพยากรเฉพาะโดยการปรับพื้นที่จัดเก็บแบบเธรดโลคัลให้เหมาะสมและเสนอการเข้าถึงหลายเธรด
• หลีกเลี่ยงการแชร์สถานะที่ไม่แน่นอน: สถานะที่เปลี่ยนแปลงได้ที่ใช้ร่วมกันจะนำไปสู่ข้อบกพร่องและสภาวะการแข่งขันเท่านั้น ซึ่งอาจเป็นเรื่องยุ่งยากตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้หลีกเลี่ยงสถานะที่ไม่แน่นอนโดยมีค่าใช้จ่ายใดๆ
• ใช้โมเดลแบบอะซิงโครนัส: วิธีการแบบอะซิงโครนัสช่วยให้คุณใช้งานหลายอย่างพร้อมกันโดยไม่ต้องเริ่มงานใหม่หรือปล่อยให้อยู่ในคิว
• หลีกเลี่ยงการหยุดชะงัก: สามารถคาดหวังการหยุดชะงักได้เมื่อเรียกใช้โปรแกรมโดยใช้มัลติเธรดเมื่อเขียนโปรแกรม ให้ลองรันเธรดหลังจากเธรดอื่นเท่านั้น หลีกเลี่ยงการหยุดชะงัก
• ใช้โทเค็นการยกเลิก: โทเค็นการยกเลิกช่วยให้สามารถยุติเธรดได้โดยไม่มีปัญหาและหลีกเลี่ยงการหยุดชะงัก

สำรวจหลักสูตรวิศวกรรมซอฟต์แวร์ยอดนิยมของเรา

บทสรุป

มัลติเธรดใน C# ยังคงเป็นแนวคิดที่สำคัญสำหรับรูปแบบการทำงานที่มีประสิทธิภาพสูง เป็นวิธีที่ยืดหยุ่นสำหรับโปรแกรมเมอร์ในการแบ่งภาระงานของโปรแกรมออกเป็นหลายๆ งานที่ทำงานพร้อมกันและเป็นอิสระต่อกัน

แม้ว่าการทำงานแบบมัลติเธรดจะมีประโยชน์อย่างมาก แต่ก็อาจนำไปสู่อุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นได้หากไม่ดำเนินการอย่างระมัดระวัง

ด้วยงบประมาณทั่วโลกสำหรับซอฟต์แวร์ที่กล้าได้กล้าเสียเกินกว่า 856 พันล้านเหรียญสหรัฐ ระหว่างปี 2552-2566 การพัฒนาซอฟต์แวร์จึงเป็นอาชีพที่สดใสสำหรับนักพัฒนา

สมัคร Full Stack Software Development Bootcamp จาก upGrad เลย! หลักสูตรการพัฒนาแบบฟูลสแต็กสามารถเป็นก้าวสำคัญสำหรับนักพัฒนาที่ต้องการปลดปล่อยศักยภาพด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์