C# 程式設計總結（二）：多執行緒基礎核心概念與 Thread 類別詳解

前言

多執行緒是提升應用程式回應性與資源利用率的關鍵技術。本文從進程與執行緒的區別、多執行緒優勢、應用場合、核心類別 `Thread` 的建構與控制、計時器、前景/背景執行緒等基礎面向完整建構知識體系。

一、進程與執行緒

二、多執行緒優勢

1. 提升回應性：耗時作業移至背景，UI 執行緒保持流暢。
2. 發揮多核效能：作業系統將執行緒分派至不同核心並行執行。
3. 改善程式結構：複雜流程拆解為獨立執行緒，邏輯更清晰。

代價： 同步複雜度、死結風險、除錯困難、上下文切換開銷。

三、應用場合

• 多執行緒處理同類任務（並行下載、批次運算）。
• 單一任務拆解為獨立子步驟並行（管線式處理）。

四、經典入門案例：搬運工

多位搬運工（執行緒）並行搬運共同貨堆（共享資源），展示 `Thread.Start`、`ParameterizedThreadStart`、共享靜態欄位競爭（未加同步，僅示範基本啟動）。

public class Mover {
    public static int GoodsTotal = 200;
    public static int IntervalTime = 10;
    public string Name { get; set; }
    public int LaborAmount { get; set; }
    public void Move() {
        while (GoodsTotal > 0) {
            GoodsTotal -= LaborAmount;
            Console.WriteLine($"{Name} 搬運 {LaborAmount} 於 {DateTime.Now.Millisecond}");
            Thread.Sleep(IntervalTime);
        }
    }
}
// 啟動
new Thread(new ThreadStart(m1.Move)).Start();
new Thread(new ParameterizedThreadStart(m2.Move)).Start(10);

五、Thread 類別核心成員

• Start()：將執行緒狀態轉為 `Running`，由 OS 排程執行。
• Sleep(ms)：讓出剩餘時間片，阻塞指定毫秒。
• Interrupt()：喚醒處於 `WaitSleepJoin` 狀態的執行緒（拋出 `ThreadInterruptedException`）。
• Join()：阻塞呼叫執行緒直到目標執行緒結束。
• Abort()：強制終止（不建議使用，可能導致資料不一致）。
• Priority：`Lowest` ~ `Highest`，僅影響排程相對優先權。

六、建立執行緒的四種方式

// 1. ThreadStart 無參數委派
new Thread(new ThreadStart(Method)).Start();

// 2. ParameterizedThreadStart 有參數委派
new Thread(new ParameterizedThreadStart(MethodWithParam)).Start(arg);

// 3. 匿名委派
new Thread(delegate { /* ... */ }).Start();

// 4. Lambda 運算式
new Thread(() => { /* ... */ }).Start();

// 5. 直接指定方法群組 (C# 2.0+)
new Thread(Method).Start();

七、計時器

`System.Threading.Timer` 於執行緒池執行回呼，適合週期性背景工作。支援變更週期、一次性觸發、取消。

TimerCallback cb = state => { /* 週期性工作 */ };
Timer timer = new Timer(cb, null, dueTime: 1000, period: 250);
// 5 秒後改為 500ms 週期
Thread.Sleep(5000);
timer.Change(0, 500);
// 5 秒後銷毀
Thread.Sleep(5000);
timer.Dispose();

八、前景執行緒 vs 背景執行緒

• 前景執行緒：預設值。進程需等待所有前景執行緒結束才退出。
• 背景執行緒：`IsBackground = true`。所有前景執行緒結束時，進程立即終止，背景執行緒被強制中止。

原則： 監聽、非關鍵背景任務設為背景；關鍵業務、需釋放資源的任務保持前景。

// 測試差異
for (int i=0; i<10; i++) {
    var t = new Thread(() => { Thread.Sleep(20000); });
    t.IsBackground = true; // 註解此行觀察前景行為
    t.Start();
}
Console.WriteLine("主執行緒結束");

總結

掌握 `Thread` 基礎操作、生命週期、優先權與前背景特性，是進階多執行緒程式設計（同步、執行緒池、Task、async/await）的基石。