C#多線程之線程池篇1

来源:http://www.cnblogs.com/yonghuacui/archive/2016/12/27/6224593.html
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在C#多線程之線程池篇中，我們將學習多線程訪問共用資源的一些通用的技術，我們將學習到以下知識點： 線上程池中調用委托 線上程池中執行非同步操作 線程池和並行度 實現取消選項 使用等待句柄和超時 使用計時器 使用後臺工作組件 在前面的“C#多線程之基礎篇”以及“C#多線程之線程同步篇”中，我們學習瞭如何 ...


　　在C#多線程之線程池篇中，我們將學習多線程訪問共用資源的一些通用的技術，我們將學習到以下知識點：

  • 線上程池中調用委托
  • 線上程池中執行非同步操作
  • 線程池和並行度
  • 實現取消選項
  • 使用等待句柄和超時
  • 使用計時器
  • 使用後臺工作組件

　　在前面的“C#多線程之基礎篇”以及“C#多線程之線程同步篇”中，我們學習瞭如何創建線程以及如何使用多線程協同工作，在這一篇中，我們將學習另外一種場景，就是我們需要創建許多花費時間非常短的非同步操作來完成某些工作。我們知道創建一個線程是非常昂貴的，因此，對於每個花費時間非常短的非同步操作都創建一個線程是不合適的。

　　我們可以使用線程池來解決以上問題，我們可以線上程池中分配一定數量的線程，每當我們需要一個線程時，我們只需要線上程池中取得一個線程即可，而不需要創建一個新的線程，當我們使用完一個線程時，我們僅僅需要把線程重新放入線程池中即可。

　　我們可以使用System.Threading.ThreadPool類型來利用線程池。線程池由Common Language Runtime（CLR）進行管理，這意味著每一個CLR只能有一個線程池實例。ThreadPool類型有一個“QueueUserWorkItem”靜態方法，這個靜態方法接收一個委托，該委托代表一個用戶自定義的非同步操作。當這個方法被調用時，這個委托就進入內部隊列，這個時候，如果線程池中沒有線程，則會創建一個新的工作線程，然後將這個委托（第一個）放入隊列中。

　　如果先前的操作執行完畢後，我們又放置了一個新的操作到線程池，那麼我們可能會重用上一次操作的那個工作線程。如果我們放置新的操作的時候，線程池中的線程數已達到上限，那麼新的操作會在隊列中等待，直到線程池中有可用工作線程為止。

　　需要註意的是，我們儘量線上程池中放置一些需要花費較少時間既能完成的操作，而不要放置需要花費大量時間才能完成的操作，同時不要阻塞工作線程。如果不是這樣，工作線程會變得非常繁忙，以至於不能響應用戶操作，同時也會導致性能問題以及難以調試的錯誤。

　　另外，線程池中的工作線程都是後臺線程，這意味著當所有的前臺線程執行完畢後，後臺線程會被停止執行。

　　在這一篇中，我們將學習如何使用線程池執行非同步操作、如何取消一個操作以及如何防止長時間運行一個線程。

一、線上程池中調用委托

　　在這一小節中，我們將學習如何線上程池中非同步執行一個委托。為了演示如何線上程池中調用一個委托，執行以下操作步驟：

1、使用Visual Studio 2015創建一個新的控制台應用程式。

2、雙擊打開“Program.cs”文件，編寫代碼如下所示：

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using static System.Console;
 4 using static System.Threading.Thread;
 5 
 6 namespace Recipe01
 7 {
 8     class Program
 9     {
10         private delegate string RunOnThreadPool(out int threadId);
11 
12         private static string Test(out int threadId)
13         {
14             WriteLine("Starting...");
15             WriteLine($"Is thread pool thread: {CurrentThread.IsThreadPoolThread}");
16             Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
17             threadId = CurrentThread.ManagedThreadId;
18             return $"Thread pool worker thread id was : {threadId}";
19         }
20 
21         private static  void Callback(IAsyncResult ar)
22         {
23             WriteLine("Starting a callback...");
24             WriteLine($"State passed to a callback: {ar.AsyncState}");
25             WriteLine($"Is thread pool thread: {CurrentThread.IsThreadPoolThread}");
26             WriteLine($"Thread pool worker thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
27         }
28 
29         static void Main(string[] args)
30         {
31             int threadId = 0;
32             var t = new Thread(() => Test(out threadId));
33             t.Start();
34             t.Join();
35             WriteLine($"Thread id: {threadId}");
36 
37             RunOnThreadPool poolDelegate = Test;
38             IAsyncResult r = poolDelegate.BeginInvoke(out threadId, Callback, "a delegate asynchronous call");
39             r.AsyncWaitHandle.WaitOne();
40             string result = poolDelegate.EndInvoke(out threadId, r);
41             WriteLine($"Thread pool worker thread id: {threadId}");
42             WriteLine(result);
43 
44             Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
45         }
46     }
47 }

3、運行該控制台應用程式，運行效果如下圖所示：

　　在第32行代碼處，我們使用老辦法創建了一個線程，然後啟動它，並等待它執行完畢。因為thread的構造方法只接收不帶返回值的委托方法，因此，我們給它傳遞一個lambda表達式，在該表達式中我們調用了“Test”方法。在“Test”方法中，我們使用“Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread”屬性值來判斷線程是不是來自線程池。我們還使用“CurrentThread.ManagedThreadId”屬性值列印出運行當前代碼的線程ID。

　　在第10行代碼處，我們定義了一個委托，該委托表示的方法的返回值為字元串類型，並且接收一個整型類型的輸出參數。

　　在第37行代碼處，我們將Test方法賦值給poolDelegate委托，併在第38行代碼處，使用委托的“BeginInvoke”方法運行該委托指向的方法（Test）。“BeginInvoke”接收一個回調方法，該方法將在非同步操作完成之後被調用。“BeginInvoke”的第三個參數是傳遞給回調方法的一個用戶自定義的狀態。通常使用這個狀態來分辨一個非同步調用。我們使用“IAsyncResult”介面來保存“BeginInvoke”方法的返回值。

　　“BeginInvoke”方法立即返回，這允許我們可以線上程池中的工作線程執行的同時，繼續執行調用“BeginInvoke”方法的線程中的下一條代碼。

　　在第40行代碼處，我們可以使用“BeginInvoke”方法的返回值以及對“EndInvoke”方法的調用來獲得非同步操作的結果。

　　註意，第39行代碼不是必須的，如果我們註釋掉這一行代碼，程式仍然運行成功，這是因為“EndInvoke”方法會一直等待非同步操作完成。調用“EndInvoke”方法的另一個好處是在工作線程中任何未處理的異常都會拋給調用線程。

　　如果我們註釋掉第44行代碼，回調方法“Callback”將不會被執行，這是因為主線程已經結束，所有的後臺線程都會被停止。

二、線上程池中執行非同步操作

　　在這一小節中，我們將學習如何線上程池中執行非同步操作，具體步驟如下：

1、使用Visual Studio 2015創建一個新的控制台應用程式。

2、雙擊打開“Program.cs”文件，編寫代碼如下所示：

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using static System.Console;
 4 using static System.Threading.Thread;
 5 
 6 namespace Recipe02
 7 {
 8     class Program
 9     {
10         private static void AsyncOperation(object state)
11         {
12             WriteLine($"Operation state: {state ?? "(null)"}");
13             WriteLine($"Worker thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
14             Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
15         }
16 
17         static void Main(string[] args)
18         {
19             const int x = 1;
20             const int y = 2;
21             const string lambdaState = "lambda state 2";
22 
23             ThreadPool.QueueUserWorkItem(AsyncOperation);
24             Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
25 
26             ThreadPool.QueueUserWorkItem(AsyncOperation, "async state");
27             Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
28 
29             ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
30             {
31                 WriteLine($"Operation state: {state}");
32                 WriteLine($"Worker thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
33                 Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
34             }, "lambda state");
35 
36             ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
37            {
38                WriteLine($"Operation state: {x + y}, {lambdaState}");
39                WriteLine($"Worker thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
40                Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
41            }, "lambda state");
42 
43             Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
44         }
45     }
46 }

3、運行該控制台應用程式，運行效果（每次運行效果可能不同）如下圖所示：

　　在第10~15行代碼處，我們定義了一個帶有object類型參數的“AsyncOperation”方法，然後在第23行代碼處，我們使用ThreadPool的“QueueUserWorkItem”靜態方法線上程池中執行“AsyncOperation”方法。

　　在第26行代碼處，我們又一次使用了“QueueUserWorkItem”靜態方法線上程池中執行“AsyncOperation”方法，只不過這次我們給“AsyncOperation”方法傳遞了state參數。

　　在第24行和第27行代碼處，我們讓主線程阻塞2秒鐘，以重用線程池中的工作線程。如果我們註釋掉這兩行代碼，那麼工作線程的線程ID大部分情況先將會不一樣。

　　在第29~41行代碼中，我們演示瞭如何使用lambda表達式來進行線程池中的非同步操作，請自行分析結果。


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