[C# 线程处理系列]专题三：线程池中的工作者线程

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[C# 线程处理系列]专题三：线程池中的工作者线程

2017年11月07日 ⁄ 综合 ⁄ 共 8732字 ⁄ 字号小中大 ⁄ 评论关闭

一、CLR线程池基础

二、通过线程池的工作者线程实现异步

三、使用委托实现异步

四、任务

一、线程池基础

首先，创建和销毁线程是一个要耗费大量时间的过程，另外，太多的线程也会浪费内存资源，所以通过Thread类来创建过多的线程反而有损于性能，为了改善这样的问题，.net中就引入了线程池。

线程池形象的表示就是存放应用程序中使用的线程的一个集合（就是放线程的地方，这样线程都放在一个地方就好管理了）。CLR初始化时，线程池中是没有线程的，在内部，线程池维护了一个操作请求队列，当应用程序想执行一个异步操作时，就调用一个方法，就将一个任务放到线程池的队列中，线程池中代码从队列中提取任务，将这个任务委派给一个线程池线程去执行，当线程池线程完成任务时，线程不会被销毁，而是返回到线程池中，等待响应另一个请求。由于线程不被销毁，这样就可以避免因为创建线程所产生的性能损失。

注意：通过线程池创建的线程默认为后台线程，优先级默认为Normal.

二、通过线程池的工作者线程实现异步

3.1 创建工作者线程的方法

public static bool QueueUserWorkItem (WaitCallback callBack);

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callback, Object state);

这两个方法向线程池的队列添加一个工作项（work item）以及一个可选的状态数据。然后，这两个方法就会立即返回。

工作项其实就是由callback参数标识的一个方法，该方法将由线程池线程执行。同时写的回调方法必须匹配System.Threading.WaitCallback委托类型，定义为：

public delegate void WaitCallback(Object state);

下面演示如何通过线程池线程来实现异步调用：

using System;
using System.Threading;

namespace ThreadPoolUse
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 设置线程池中处于活动的线程的最大数目
            // 设置线程池中工作者线程数量为1000，I/O线程数量为1000
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            Console.WriteLine("Main Thread: queue an asynchronous method");
            PrintMessage("Main Thread Start");

            // 把工作项添加到队列中，此时线程池会用工作者线程去执行回调方法
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(asyncMethod);
            Console.Read();
        }

        // 方法必须匹配WaitCallback委托
        private static void asyncMethod(object state)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method");
            Console.WriteLine("Asynchoronous thread has worked ");
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程，把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, 
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果：

从结果中可以看出，线程池中的可用的工作者线程少了一个，用去执行回调方法了。

ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback callback,Object state) 方法可以把object对象作为参数传送到回调函数中,使用和ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback callback)的使用和类似，这里就不列出了。

3.2 协作式取消

.net Framework提供了取消操作的模式，这个模式是协作式的。为了取消一个操作，首先必须创建一个System.Threading.CancellationTokenSource对象。

下面代码演示了协作式取消的使用，主要实现当用户在控制台敲下回车键后就停止数数方法。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace ConsoleApplication3
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            Console.WriteLine("Main thread run");    
            PrintMessage("Start");
            Run();
            Console.ReadKey();
        }

        private static void Run()
        {
            CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

            // 这里用Lambda表达式的方式和使用委托的效果一样的，只是用了Lambda后可以少定义一个方法。
            // 这在这里就是让大家明白怎么lambda表达式如何由委托转变的
            ////ThreadPool.QueueUserWorkItem(o => Count(cts.Token, 1000));

            ThreadPool.QueueUserWorkItem(callback, cts.Token);

            Console.WriteLine("Press Enter key to cancel the operation\n");
            Console.ReadLine();

            // 传达取消请求
            cts.Cancel();
        }
        
        private static void callback(object state)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method Start");
            CancellationToken token =(CancellationToken)state;    
            Count(token, 1000);
        }

        // 执行的操作，当受到取消请求时停止数数
        private static void Count(CancellationToken token,int countto)
        {
            for (int i = 0; i < countto; i++)
            {
                if (token.IsCancellationRequested)
                {
                    Console.WriteLine("Count is canceled");
                    break;
                }

                Console.WriteLine(i);
                Thread.Sleep(300);
            }
            
            Console.WriteLine("Cout has done");       
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程，把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果：

四、使用委托实现异步

通过调用ThreadPool的QueueUserWorkItem方法来来启动工作者线程非常方便，但委托WaitCallback指向的是带有一个参数的无返回值的方法，如果我们实际操作中需要有返回值，或者需要带有多个参数，这时通过这样的方式就难以实现，为了解决这样的问题，我们可以通过委托来建立工作这线程，

下面代码演示了使用委托如何实现异步：

using System;
using System.Threading;

namespace Delegate
{
    class Program
    {
        // 使用委托的实现的方式是使用了异步变成模型APM（Asynchronous Programming Model）
        // 自定义委托
        private delegate string MyTestdelegate();

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main Thread Start");

            //实例化委托
            MyTestdelegate testdelegate = new MyTestdelegate(asyncMethod);

            // 异步调用委托
            IAsyncResult result = testdelegate.BeginInvoke(null, null);

            // 获取结果并打印出来
            string returndata = testdelegate.EndInvoke(result);
            Console.WriteLine(returndata);

            Console.ReadLine();
        }
        private static string asyncMethod()
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method");
            return "Method has completed";
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程，把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果：

五、任务

同样任务的引入也是为了解决通过ThreadPool.QueueUserWorkItem中限制的问题，

下面代码演示通过任务来实现异步：

5.1 使用任务来实现异步

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TaskUse
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main Thread Start");
            // 调用构造函数创建Task对象,
            Task<int> task = new Task<int>(n => asyncMethod((int)n), 10);

            // 启动任务 
            task.Start();
            // 等待任务完成
            task.Wait();
            Console.WriteLine("The Method result is: "+task.Result);

            Console.ReadLine();
        }

        private static int asyncMethod(int n)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method");

            int sum = 0;
            for (int i = 1; i < n; i++)
            {
                // 如果n太大，使用checked使下面代码抛出异常
                checked
                {
                    sum += i;
                }
            }

            return sum;
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程，把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果：

5.2 取消任务

如果要取消任务，同样可以使用一个CancellationTokenSource对象来取消一个Task.

下面代码演示了如何来取消一个任务：

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TaskUse
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main Thread Start");
            CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

            // 调用构造函数创建Task对象,将一个CancellationToken传给Task构造器从而使Task和CancellationToken关联起来
            Task<int> task = new Task<int>(n => asyncMethod(cts.Token, (int)n), 10);

            // 启动任务 
            task.Start();

            // 延迟取消任务
            Thread.Sleep(3000);

            // 取消任务
            cts.Cancel();
            Console.WriteLine("The Method result is: " + task.Result);
            Console.ReadLine();
        }

        private static int asyncMethod(CancellationToken ct, int n)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method");

            int sum = 0;
            try
            {
                for (int i = 1; i < n; i++)
                {
                    // 当CancellationTokenSource对象调用Cancel方法时，
                    // 就会引起OperationCanceledException异常
                    // 通过调用CancellationToken的ThrowIfCancellationRequested方法来定时检查操作是否已经取消，
                    // 这个方法和CancellationToken的IsCancellationRequested属性类似
                    ct.ThrowIfCancellationRequested();
                    Thread.Sleep(500);
                    // 如果n太大，使用checked使下面代码抛出异常
                    checked
                    {
                        sum += i;
                    }
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine("Exception is:" + e.GetType().Name);
                Console.WriteLine("Operation is Canceled");
            }

            return sum;
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程，把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果：

5.3 任务工厂

同样可以通过任务工厂TaskFactory类型来实现异步操作。

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TaskFactory
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            Task.Factory.StartNew(() => PrintMessage("Main Thread")); 
            Console.Read();
        }
        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程，把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果：

讲到这里CLR的工作者线程大致讲完了，希望也篇文章可以让大家对线程又有进一步的理解。在后面的一篇线程系列将谈谈CLR线程池的I/O线程。

【上篇】[C# 线程处理系列]专题六：线程同步——事件构造
【下篇】[C# 线程处理系列]专题二：线程的详细使用

作者: FFNErrolxekv

该日志由 FFNErrolxekv 于6年前发表在综合分类下，最后更新于 2017年11月07日.
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作者: FFNErrolxekv

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