執行緒優先順序與執行緒類型

1. 介紹

假設執行緒就像排隊買冰淇淋的人。有些人安靜地排隊，有些人會大聲喊（"我快要趕不上火車了，讓我先！"），店員好像能聽到每個人，但有時會決定先服務某些人——例如抱著哭嬰的媽媽。執行緒的優先順序大概就是這種情況。

在 C#（更精確地說，在 .NET）中，每個執行緒都有一個優先順序——告訴作業系統這個執行緒相對於其他執行緒有多「重要」。這不是對 OS 的硬性命令（沒人保證最高優先的執行緒永遠會得到所有資源），但通常高優先順序的執行緒會獲得較多的 CPU 時間。

這在實務上在哪裡有用？

• 在使用者介面：例如畫面更新不應該被低優先的耗時計算卡住。
• 在遊戲裡：渲染幀比背景地圖生成更重要。
• 在需要即時反應的任務：控制硬體、訊號處理等等。

2. 執行緒優先順序：運作方式

在 C# 中操作執行緒優先順序很簡單——Thread 物件有個屬性 Priority。它的值來自列舉 ThreadPriority：

Lowest

BelowNormal

Normal

AboveNormal

Highest

程式範例：

using System;
using System.Threading;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Thread lowPriorityThread = new Thread(PrintLowPriority);
        Thread highPriorityThread = new Thread(PrintHighPriority);

        lowPriorityThread.Priority = ThreadPriority.Lowest;
        highPriorityThread.Priority = ThreadPriority.Highest;

        lowPriorityThread.Start();
        highPriorityThread.Start();
    }

    static void PrintLowPriority()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            Console.WriteLine("低優先順序: " + i);
            Thread.Sleep(10); // 加點延遲，好看出差別
        }
    }

    static void PrintHighPriority()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            Console.WriteLine("高優先順序: " + i);
            Thread.Sleep(10);
        }
    }
}

注意

在實務上，特別是在現代多核系統與受管理的 .NET 環境裡，優先順序只是給作業系統的建議。OS（與 .NET）會嘗試分配更多時間給高優先順序的執行緒，但沒有硬性保證。例如，如果一個執行緒把 CPU 全耗完且設為 Highest，使用者介面可能會卡住，其他執行緒也會受影響。

3. 更改執行緒優先順序

執行緒與優先順序

graph LR
    A[執行緒 1 - Lowest] -->|較少的 CPU 時間| OS(作業系統)
    B[執行緒 2 - Normal] --> OS
    C[執行緒 3 - Highest] -->|較多的 CPU 時間| OS
    OS --> CPU(處理器)

為什麼要改優先順序？

看起來好像可以把所有東西都設成 Highest，但這是壞主意！想像如果商店裡所有顧客同時大喊 "先服務我！"。

只有在有正當理由時才改變優先順序：

• 寫日誌的背景執行緒——可以設成 BelowNormal 或 Lowest。
• 處理使用者輸入的執行緒——設成 AboveNormal。
• CPU 密集但不那麼即時的任務——低優先順序。

小技巧：如果應用程式變慢，檢查是否有「囂張」的高優先執行緒在搶資源，影響其他工作。

4. .NET 裡的執行緒類別（類型）

在 C# 中通常區分兩種執行緒：foreground 與 background。有趣的是，"background" 並不是字面上一直在「背景工作」的意思。接下來解釋。

Foreground 執行緒（主要執行緒）

• 預設情況下你建立的執行緒都是 foreground。
• 只要程序中還有至少一個 foreground 執行緒活著，應用程式就不會結束，即使其他都已經「死掉」。
• 例子：程式的主執行緒（Main），以及透過 new Thread() 建立而且沒改動的執行緒。

Background 執行緒（次要執行緒）

• 如果所有的 foreground 執行緒都結束，只剩下 background 執行緒，程序會直接結束，這些 background 執行緒會被無預警中止。
• 用於次要任務：寫日誌、背景發送統計等。
• 要把執行緒設為 background：把屬性 IsBackground 設為 true：

Thread t = new Thread(SomeMethod);
t.IsBackground = true;
t.Start();

差異示範

using System;
using System.Threading;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Thread backgroundThread = new Thread(() =>
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine("Background thread 工作中... " + i);
                Thread.Sleep(500);
            }
            Console.WriteLine("Background 執行緒 已完成。");
        });

        backgroundThread.IsBackground = true; // 把執行緒設為 background！

        backgroundThread.Start();

        Console.WriteLine("Main 將在 1 秒後結束工作。");
        Thread.Sleep(1000); // 等一秒
        Console.WriteLine("Main 已結束。Background 執行緒會怎麼樣？");
    }
}

你會看到什麼？
Main 可能會先結束，而 background 執行緒會在中途被強制停止。這對那些不應阻止應用關閉的任務很方便。

5. 執行緒的種類

ThreadPool（執行緒池）

• ThreadPool 是個管理執行緒池的機制，避免建立太多執行緒。
• 用在任務多且每個任務很短的場景：並行處理請求、非同步操作等。
• 來自執行緒池的執行緒通常是 background——它們不會阻止應用程式結束。

範例：在執行緒池裡執行程式碼

using System;
using System.Threading;

class Program
{
    static void Main()
    {
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(DoWorkInThreadPool, "背景任務");
        Console.WriteLine("Main 正在結束工作。");
        Thread.Sleep(500);
    }

    static void DoWorkInThreadPool(object? state)
    {
        Console.WriteLine("來自執行緒池的執行緒: " + state);
        Thread.Sleep(1000); // 嘗試睡眠
        Console.WriteLine("來自執行緒池的執行緒 已完成!");
    }
}

要注意的：
如果 Main 比執行緒池的工作先結束，執行緒池的執行緒可能會被中斷。如果需要保證完成，請使用 foreground 執行緒或明確等待。

多執行緒的演進：Task、async/await

在現代應用中很少手動建立 Thread。通常會使用 Task 和非同步方法。重點是：

• 來自執行緒池的執行緒與 Task 通常運行在 background 執行緒上。
• 對於大多數情況不需要改變優先順序——遵循常識與最佳實務即可。

6. 有用的細節

執行緒的屬性與行為

IsBackground

不那麼明顯的小技巧與備註

• 只能對普通的執行緒（Thread）改變優先順序，不能對執行緒池裡的任務（Task, ThreadPool）改變。
• 執行緒池裡的執行緒通常具有 Normal 優先順序（不可更改）。
• Task 與 async/await 是更現代的做法，優先順序與背景執行的細節通常被「包在後面」，不需直接管理。

7. 關於優先順序與執行緒類型的常見錯誤

錯誤 #1：濫用優先順序。
把所有執行緒都設定為 Highest 或全部改為 Lowest 而沒有合理原因，通常沒好處。這會破壞任務執行的平衡，降低應用的回應能力。

錯誤 #2：忽略 background 執行緒會被非預期終止。
如果重要工作（例如儲存資料）在 background 執行緒上執行而你沒有等待它完成，可能會導致資料遺失。background 執行緒在程序結束時會被強制中止。

錯誤 #3：對執行緒優先順序抱有過高期望。
執行緒的 Priority 只是給作業系統的建議，不保證該執行緒會先被執行。