开始调试多线程应用程序（C#、Visual Basic、C++）

项目
10/25/2023

Visual Studio 提供多种工具和用户界面元素，用于调试多线程应用程序。本教程演示如何使用线程标记、“并行堆栈” 窗口、“并行监视” 窗口、条件断点、筛选器断点。完成本教程可使你熟悉用于调试多线程应用程序的 Visual Studio 功能。

下面两篇文章额外介绍了如何使用其他多线程调试工具：

若要使用“调试位置” 工具栏和“线程” 窗口，请参阅演练：调试多线程应用程序。
有关使用 Task（托管代码）和并发运行时 (C++) 的示例，请参阅演练：调试并行应用程序。有关适用于大多数多线程应用程序类型的常规调试技巧，请阅读该文章和本文章。

第一步是创建多线程应用程序项目。

创建一个多线程应用项目

打开 Visual Studio 并创建一个新项目。

如果“开始”窗口未打开，请选择“文件”>“启动窗口”。

在“开始”窗口上，选择“创建新项目”。

在“创建新项目”窗口的搜索框中输入或键入“控制台” 。接下来，从“语言”列表中选择“C#”、“C++”或“Visual Basic”，然后从“平台”列表中选择“Windows” 。

应用语言和平台筛选器之后，对 .NET 或 C++ 选择“控制台应用”模板，然后选择“下一步”。

注意

如果没有看到正确的模板，请转到“工具”>“获取工具和功能...”，这会打开 Visual Studio 安装程序。选择“.NET 桌面开发”或“使用 C++ 的桌面开发”工作负载，然后选择“修改” 。

在“配置新项目”窗口中，在“项目名称”框中键入或输入 MyThreadWalkthroughApp。然后，选择“下一步”或“创建”，（视具体提供的选项而定）。

对于 .NET Core 或 .NET 5+ 项目，选择建议的目标框架或 .NET 8，然后选择“创建”。

新的控制台项目随即显示。创建该项目后，将显示源文件。根据所选语言，源文件名称可能是 Program.cs、MyThreadWalkthroughApp.cpp 或 Module1.vb 。

删除源文件中显示的代码，并将其替换为以下更新的代码。为代码配置选择适当的代码片段。

using System;
using System.Threading;

public class ServerClass
{

    static int count = 0;
    // The method that will be called when the thread is started.
    public void InstanceMethod()
    {
        Console.WriteLine(
            "ServerClass.InstanceMethod is running on another thread.");

        int data = count++;
        // Pause for a moment to provide a delay to make
        // threads more apparent.
        Thread.Sleep(3000);
        Console.WriteLine(
            "The instance method called by the worker thread has ended. " + data);
    }
}

public class Simple
{
    public static void Main()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            CreateThreads();
        }
    }
    public static void CreateThreads()
    {
        ServerClass serverObject = new ServerClass();

        Thread InstanceCaller = new Thread(new ThreadStart(serverObject.InstanceMethod));
        // Start the thread.
        InstanceCaller.Start();

        Console.WriteLine("The Main() thread calls this after "
            + "starting the new InstanceCaller thread.");

    }
}

Imports System.Threading

Public Class ServerClass
    ' The method that will be called when the thread is started.
    Public count = 0
    Public Sub InstanceMethod()
        Console.WriteLine(
                "ServerClass.InstanceMethod is running on another thread.")

        Dim data = count + 1
        ' Pause for a moment to provide a delay to make
        ' threads more apparent.
        Thread.Sleep(3000)
        Console.WriteLine(
                "The instance method called by the worker thread has ended. " + data)
    End Sub

End Class

Public Class Simple

    Public Shared Sub Main()

        Dim ts As New ThreadStarter
        For index = 1 To 10
            ts.CreateThreads()
        Next

    End Sub

End Class
Public Class ThreadStarter
    Public Sub CreateThreads()
        Dim serverObject As New ServerClass()

        ' Create the thread object, passing in the
        ' serverObject.InstanceMethod method using a
        ' ThreadStart delegate.
        Dim InstanceCaller As New Thread(AddressOf serverObject.InstanceMethod)

        ' Start the thread.
        InstanceCaller.Start()

        Console.WriteLine("The Main() thread calls this after " _
                    + "starting the new InstanceCaller thread.")

    End Sub
End Class

// #include "pch.h" // Use with pre-compiled header
#include <thread>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int count = 0;

void doSomeWork() {

    std::cout << "The doSomeWork function is running on another thread." << std::endl;
    int data = count++;
    // Pause for a moment to provide a delay to make
    // threads more apparent.
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
    std::string str = std::to_string(data);
    std::cout << "The function called by the worker thread has ended. " + str<< std::endl;
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {

        threads.push_back(std::thread(doSomeWork));
        std::cout << "The Main() thread calls this after starting the new thread" << std::endl;
}

for (auto& thread : threads) {
    thread.join();
}

return 0;
}

在“文件” 菜单上，单击“全部保存” 。
（仅适用于 Visual Basic）在“解决方案资源管理器”（右窗格）中，右键单击项目节点，然后选择“属性” 。在“应用程序” 选项卡下，将“启动对象” 更改为“简单” 。

调试多线程应用

在源代码编辑器中，查找以下代码片段：

Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine();

Thread.Sleep(3000)
Console.WriteLine()

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
std::cout << "The function called by the worker thread has ended." << std::endl;

在 Thread.Sleep 语句或 std::this_thread::sleep_for 语句（针对 C++）的左滚动条槽中单击左键，以插入新的断点。

在滚动条槽中，红色圆圈表示已在该位置设置了一个断点。
在“调试” 菜单上，单击“开始调试(F5)” 。

Visual Studio 将生成该解决方案，应用在附加了调试器的情况下开始运行，然后在断点处停止。
在源代码编辑器中，找到包含断点的行。

发现线程标记

在调试工具栏中，单击“在源中显示线程”按钮。
按 F11 两次以完成调试器的下一步。
查看窗口左侧的滚动条槽。在此行中，注意“线程标记”图标，类似于一条双绞线。线程标记指示线程在此位置停止。

线程标记可以被断点部分隐藏。
将指针悬停在线程标记上。此时会出现一个数据提示，告知你每个已停止线程的名称和线程 ID 号。在这种情况下，名称可能是 <noname>。
选择线程标记，以查看快捷菜单上的可用选项。

查看线程位置

在“并行堆栈” 窗口中，可以在“线程”视图和“任务”视图（适用于基于任务的编程）之间进行切换，并且可以查看每个线程的调用堆栈信息。在此应用中，我们可以使用“线程”视图。

通过选择“调试”>“窗口”>“并行堆栈” ，打开“并行堆栈” 窗口。此时会看到如下所示的内容。确切信息可能因每个线程的当前位置、硬件和编程语言而异。
在此示例中，从左到右会看到托管代码的以下信息：
- 当前线程（黄色箭头）已进入 ServerClass.InstanceMethod。可以通过将鼠标悬停在 ServerClass.InstanceMethod 上来查看线程的线程 ID 和堆栈帧。
- 线程 31724 正在等待线程 20272 拥有的锁。
- 主线程（左侧）已在[外部代码]上停止，如果选择“显示外部代码”，则可以详细查看这些代码。
在此示例中，从左到右会看到托管代码的以下信息：
- 主线程（左侧）已在 Thread.Start 处停止，停止点由线程标记图标标识。
- 两个线程已进入 ServerClass.InstanceMethod，其中一个线程是当前线程（黄色箭头），另一个线程已停止在 Thread.Sleep 中。
- 新线程（右侧）也已启动，但是停止在 ThreadHelper.ThreadStart 上。
若要在列表视图中查看线程，请选择“调试”>“Windows”>“线程”。

在此视图中，可以轻松看到线程 20272 是主线程，当前位于外部代码中，特别是 System.Console.dll。

注意

有关使用“线程”窗口的详细信息，请参阅演练：调试多线程应用程序。
右键单击“并行堆栈”或“线程”窗口中的条目，查看快捷菜单上的可用选项。

可以从这些右键单击菜单中执行各种操作。对于本教程，在“并行监视”窗口（后续各节）中详细探索这些详细信息。

对变量设置监视

通过选择“调试” >“窗口” >“并行监视” >“并行监视 1” ，打开“并行监视”窗口。
选择 <Add Watch> 文本所在的单元格（或第 4 列中的空标头单元格），输入 data。

窗口中会显示每个线程的数据变量的值。
选择 <Add Watch> 文本所在的单元格（或第 5 列中的空标头单元格），输入 count。

窗口中会显示每个线程的 count 变量的值。如果看不到这么多的信息，请尝试按 F11 几次以继续在调试器中执行线程。
右键单击窗口中的某一行以查看可用选项。

标记线程和取消标记线程

可以通过标记线程来追踪重要的线程，并忽略其它线程。

在“并行监视” 窗口中，按住 Shift 键并选择多行。
右键单击并选择“标记” 。

系统会标记所有选定的线程。现在，可以进行筛选以仅显示标记的线程。
在“并行监视”窗口中，选择“仅显示标记的线程”按钮。

列表中仅显示标记的线程。

提示

在标记一些线程后，可以右键单击代码编辑器中的代码行，然后选择“将标记的线程运行到光标处” 。请确保选择所有已标记的线程将达到的代码。 Visual Studio 将在选择的代码行处暂停线程，这样就可以通过冻结和解冻线程更容易地控制执行顺序。
再次选择“仅显示标记的线程” 按钮，以切换回“显示全部线程” 模式。
若要取消标记线程，请在“并行监视” 窗口右键单击一个或多个已标记线程，然后选择“取消标记” 。

冻结和解冻线程执行

提示

可以通过冻结和解冻（暂停和恢复）线程来控制线程执行工作的顺序。这有助于解决并发问题，例如死锁和争用条件。

在“并行监视” 窗口中，在选中所有行的情况下，右键单击并选择“冻结” 。

在第二个列中，每个行出现一个暂停图标。暂停图标指示该线程已冻结。
仅选择一行，取消选中其他行。
右键单击某行并选择“解冻” 。

暂停图标在此行上消失，表明线程已不再被冻结。
切换到代码编辑器，按 F11。仅运行未冻结的线程。

应用可能还实例化某些新线程。任何新线程均处于未标记状态，不会被冻结。

使用条件断点跟踪单个线程

可以在调试器中对单线程的执行情况进行跟踪。一种方法是冻结不感兴趣的线程。在某些情况下，可能需要在不冻结其它线程的情况下跟踪单个线程，例如重现特定 Bug。若要在不冻结其他线程的情况下跟踪某个线程，必须避免在不感兴趣的线程上中断。可通过设置条件断点来执行此任务。

可以根据不同的条件（例如，线程名称或线程 ID）来设置断点。对于已知对每个线程唯一的数据，设置该条件会有所帮助。当你对某些特定数据值比对任何特定线程更感兴趣时，这种方法在调试过程中很常见。

右键单击先前创建的断点，然后选择“条件” 。
在“断点设置” 窗口中，输入 data == 5 作为条件表达式。

提示

如果对特定的线程更感兴趣，则请使用线程名称或线程 ID 作为条件。若要在“断点设置” 窗口中执行此操作，请选择“筛选器” 而不是“条件表达式” ，并按照筛选器提示操作。可能需要在应用代码中指定线程名称，因为线程 ID 在重启调试器时会更改。
关闭“断点设置” 窗口。
选择重启按钮以重启调试会话。

在数据变量的值为 5 的线程中，中断代码执行。请在“并行监视” 窗口中，寻找表示当前调试器上下文的黄色箭头。
现在，可以逐过程执行代码 (F10) 和单步执行代码 (F11)，并跟踪单个线程的执行情况。

只要断点条件对于线程是唯一的，并且调试器不会在其他线程上命中其他任何断点（你可能需要禁用它们），你就可以逐过程执行代码和单步执行代码，而无需切换到其他线程。

注意

调试器前进时，所有线程都将运行。但是，调试器不会中断其他线程上的代码，除非其中一个线程命中断点。

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调试多线程应用

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标记线程和取消标记线程

冻结和解冻线程执行

使用条件断点跟踪单个线程

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