第C#多線程系列之線程池目錄線程池ThreadPool常用屬性和方法線程池說明和示例線程池線程數(shù)線程池線程數(shù)說明不支持的線程池異步委托任務(wù)取消功能計時器

線程池

線程池全稱為托管線程池，線程池受.NET通用語言運行時(CLR)管理，線程的生命周期由CLR處理，因此我們可以專注于實現(xiàn)任務(wù)，而不需要理會線程管理。

線程池的應(yīng)用場景：任務(wù)并行庫(TPL)操作、異步I/O完成、計時器回調(diào)、注冊的等待操作、使用委托的異步方法調(diào)用和套接字連接。

很多人不清楚Task、TaskTResult原理，原因是沒有好好了解線程池。

ThreadPool常用屬性和方法

屬性：

屬性說明CompletedWorkItemCount獲取迄今為止已處理的工作項數(shù)。PendingWorkItemCount獲取當前已加入處理隊列的工作項數(shù)。ThreadCount獲取當前存在的線程池線程數(shù)。

方法：

方法說明BindHandle(IntPtr)將操作系統(tǒng)句柄綁定到ThreadPool。BindHandle(SafeHandle)將操作系統(tǒng)句柄綁定到ThreadPool。GetAvailableThreads(Int32,Int32)檢索由GetMaxThreads(Int32,Int32)方法返回的最大線程池線程數(shù)和當前活動線程數(shù)之間的差值。GetMaxThreads(Int32,Int32)檢索可以同時處于活動狀態(tài)的線程池請求的數(shù)目。所有大于此數(shù)目的請求將保持排隊狀態(tài)，直到線程池線程變?yōu)榭捎?。GetMinThreads(Int32,Int32)發(fā)出新的請求時，在切換到管理線程創(chuàng)建和銷毀的算法之前檢索線程池按需創(chuàng)建的線程的最小數(shù)量。QueueUserWorkItem(WaitCallback)將方法排入隊列以便執(zhí)行。此方法在有線程池線程變得可用時執(zhí)行。QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object)將方法排入隊列以便執(zhí)行，并指定包含該方法所用數(shù)據(jù)的對象。此方法在有線程池線程變得可用時執(zhí)行。QueueUserWorkItem(Action,TState,Boolean)將Action委托指定的方法排入隊列以便執(zhí)行，并提供該方法使用的數(shù)據(jù)。此方法在有線程池線程變得可用時執(zhí)行。RegisterWaitForSingleObject(WaitHandle,WaitOrTimerCallback,Object,Int32,Boolean)注冊一個等待WaitHandle的委托，并指定一個32位有符號整數(shù)來表示超時值（以毫秒為單位）。SetMaxThreads(Int32,Int32)設(shè)置可以同時處于活動狀態(tài)的線程池的請求數(shù)目。所有大于此數(shù)目的請求將保持排隊狀態(tài)，直到線程池線程變?yōu)榭捎谩etMinThreads(Int32,Int32)發(fā)出新的請求時，在切換到管理線程創(chuàng)建和銷毀的算法之前設(shè)置線程池按需創(chuàng)建的線程的最小數(shù)量。UnsafeQueueNativeOverlapped(NativeOverlapped)將重疊的I/O操作排隊以便執(zhí)行。UnsafeQueueUserWorkItem(IThreadPoolWorkItem,Boolean)將指定的工作項對象排隊到線程池。UnsafeQueueUserWorkItem(WaitCallback,Object)將指定的委托排隊到線程池，但不會將調(diào)用堆棧傳播到輔助線程。UnsafeRegisterWaitForSingleObject(WaitHandle,WaitOrTimerCallback,Object,Int32,Boolean)注冊一個等待WaitHandle的委托，并使用一個32位帶符號整數(shù)來表示超時時間（以毫秒為單位）。此方法不將調(diào)用堆棧傳播到輔助線程。

線程池說明和示例

通過System.Threading.ThreadPool類，我們可以使用線程池。

ThreadPool類是靜態(tài)類，它提供一個線程池，該線程池可用于執(zhí)行任務(wù)、發(fā)送工作項、處理異步I/O、代表其他線程等待以及處理計時器。

理論的東西這里不會說太多，你可以參考官方文檔地址：/zh-cn/dotnet/api/system.threading.threadpoolview=netcore-3.1

ThreadPool有一個QueueUserWorkItem()方法，該方法接受一個代表用戶異步操作的委托(名為WaitCallback)，調(diào)用此方法傳入委托后，就會進入線程池內(nèi)部隊列中。

WaitCallback委托的定義如下：

publicdelegatevoidWaitCallback(objectstate);

現(xiàn)在我們來寫一個簡單的線程池示例，再扯淡一下。

classProgram

staticvoidMain(string[]args)

ThreadPool.QueueUserWorkItem(MyAction);

ThreadPool.QueueUserWorkItem(state=

Console.WriteLine("任務(wù)已被執(zhí)行2");

Console.ReadKey();

//state表示要傳遞的參數(shù)信息，這里為null

privatestaticvoidMyAction(Objectstate)

Console.WriteLine("任務(wù)已被執(zhí)行1");

}

十分簡單對不對~

這里有幾個要點：

不要將長時間運行的操作放進線程池中；不應(yīng)該阻塞線程池中的線程；線程池中的線程都是后臺線程(又稱工作者線程)；

另外，這里一定要記住WaitCallback這個委托。

我們觀察創(chuàng)建線程需要的時間：

staticvoidMain()

Stopwatchwatch=newStopwatch();

watch.Start();

for(inti=0;ii++)

newThread(()={}).Start();

watch.Stop();

Console.WriteLine("創(chuàng)建10個線程需要花費時間(毫秒)："+watch.ElapsedMilliseconds);

Console.ReadKey();

}

筆者電腦測試結(jié)果大約160。

線程池線程數(shù)

線程池中的SetMinThreads()和SetMaxThreads()可以設(shè)置線程池工作的最小和最大線程數(shù)。其定義分別如下：

//設(shè)置線程池最小工作線程數(shù)線程

publicstaticboolSetMinThreads(intworkerThreads,intcompletionPortThreads);

//獲取

publicstaticvoidGetMinThreads(outintworkerThreads,outintcompletionPortThreads);

workerThreads：要由線程池根據(jù)需要創(chuàng)建的新的最小工作程序線程數(shù)。

completionPortThreads：要由線程池根據(jù)需要創(chuàng)建的新的最小空閑異步I/O線程數(shù)。

SetMinThreads()的返回值代表是否設(shè)置成功。

//設(shè)置線程池最大工作線程數(shù)

publicstaticboolSetMaxThreads(intworkerThreads,intcompletionPortThreads);

//獲取

publicstaticvoidGetMaxThreads(outintworkerThreads,outintcompletionPortThreads);

workerThreads：線程池中輔助線程的最大數(shù)目。

completionPortThreads：線程池中異步I/O線程的最大數(shù)目。

SetMaxThreads()的返回值代表是否設(shè)置成功。

這里就不給出示例了，不過我們也看到了上面出現(xiàn)異步I/O線程這個關(guān)鍵詞，下面會學(xué)習(xí)到相關(guān)知識。

線程池線程數(shù)說明

關(guān)于最大最小線程數(shù)，這里有一些知識需要說明。在此前，我們來寫一個示例：

classProgram

staticvoidMain(string[]args)

//不斷加入任務(wù)

for(inti=0;ii++)

ThreadPool.QueueUserWorkItem(state=

Thread.Sleep(100);

Console.WriteLine("");

for(inti=0;ii++)

ThreadPool.QueueUserWorkItem(state=

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

Console.WriteLine("");

Console.WriteLine("此計算機處理器數(shù)量："+Environment.ProcessorCount);

//工作項、任務(wù)代表同一個意思

Console.WriteLine("當前線程池存在線程數(shù)："+ThreadPool.ThreadCount);

Console.WriteLine("當前已處理的工作項數(shù)："+ThreadPool.CompletedWorkItemCount);

Console.WriteLine("當前已加入處理隊列的工作項數(shù)："+ThreadPool.PendingWorkItemCount);

intcount;

intioCount;

ThreadPool.GetMinThreads(outcount,outioCount);

Console.WriteLine($"默認最小輔助線程數(shù)：{count}，默認最小異步IO線程數(shù)：{ioCount}");

ThreadPool.GetMaxThreads(outcount,outioCount);

Console.WriteLine($"默認最大輔助線程數(shù)：{count}，默認最大異步IO線程數(shù)：{ioCount}");

Console.ReadKey();

}

運行后，筆者電腦輸出結(jié)果(我們的運行結(jié)果可能不一樣)：

此計算機處理器數(shù)量：8

當前線程池存在線程數(shù)：8

當前已處理的工作項數(shù)：2

當前已加入處理隊列的工作項數(shù)：8

默認最小輔助線程數(shù)：8，默認最小異步IO線程數(shù)：8

默認最大輔助線程數(shù)：32767，默認最大異步IO線程數(shù)：1000

我們結(jié)合運行結(jié)果，來了解一些知識點。

線程池最小線程數(shù)，默認是當前計算機處理器數(shù)量。另外我們也看到了。當前線程池存在線程數(shù)為8，因為線程池創(chuàng)建后，無論有沒有任務(wù)，都有8個線程存活。

如果將線程池最小數(shù)設(shè)置得過大(SetMinThreads())，會導(dǎo)致任務(wù)切換開銷變大，消耗更多得性能資源。

如果設(shè)置得最小值小于處理器數(shù)量，則也可能會影響性能。

Environment.ProcessorCount可以確定當前計算機上有多少個處理器數(shù)量(例如CPU是四核八線程，結(jié)果就是八)。

SetMaxThreads()設(shè)置的最大工作線程數(shù)或I/O線程數(shù)，不能小于SetMinThreads()設(shè)置的最小工作線程數(shù)或I/O線程數(shù)。

設(shè)置線程數(shù)過大，會導(dǎo)致任務(wù)切換開銷變大，消耗更多得性能資源。

如果加入的任務(wù)大于設(shè)置的最大線程數(shù)，那么將會進入等待隊列。

不能將工作線程或I/O完成線程的最大數(shù)目設(shè)置為小于計算機上的處理器數(shù)。

不支持的線程池異步委托

扯淡了這么久，我們從設(shè)置線程數(shù)中，發(fā)現(xiàn)有個I/O異步線程數(shù)，這個線程數(shù)限制的是執(zhí)行異步委托的線程數(shù)量，這正是本節(jié)要介紹的。

異步編程模型(AsynchronousProgrammingModel，簡稱APM)，在日常擼碼中，我們可以使用async、await和Task一把梭了事。

.NETCore不再使用BeginInvoke這種模式。你可以跟著筆者一起踩坑先。

筆者在看書的時候，寫了這個示例：

很多地方也在使用這種形式的示例，但是在.NETCore中用不了，只能在.NETFx使用。。。

classProgram

privatedelegatestringMyAsyncDelete(outintthisThreadId);

staticvoidMain(string[]args)

intthreadId;

//不是異步調(diào)用

MyMethodAsync(outthreadId);

//創(chuàng)建自定義的委托

MyAsyncDeletemyAsync=MyMethodAsync;

//初始化異步的委托

IAsyncResultresult=myAsync.BeginInvoke(outthreadId,null,null);

//當前線程等待異步完成任務(wù)，也可以去掉

result.AsyncWaitHandle.WaitOne();

Console.WriteLine("異步執(zhí)行");

//檢索異步執(zhí)行結(jié)果

stringreturnValue=myAsync.EndInvoke(outthreadId,result);

//關(guān)閉

result.AsyncWaitHandle.Close();

Console.WriteLine("異步處理結(jié)果："+returnValue);

privatestaticstringMyMethodAsync(outintthreadId)

//獲取當前線程在托管線程池的唯一標識

threadId=Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

//模擬工作請求

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(newRandom().Next(1,5)));

//返回工作完成結(jié)果

return"喜歡我的讀者可以關(guān)注筆者的博客歐~";

}

目前百度到的很多文章也是.NETFX時代的代碼了，要注意C#在版本迭代中，對異步這些API，做了很多修改，不要看別人的文章，學(xué)完后才發(fā)現(xiàn)不能在.NETCore中使用(例如我......)，浪費時間。

上面這個代碼示例，也從側(cè)面說明了，以往.NETFx(C#5.0以前)中使用異步是很麻煩的。

.NETCore是不支持異步委托的，具體可以看/dotnet/runtime/issues/16312

官網(wǎng)文檔明明說支持的/zh-cn/dotnet/api/system.iasyncresultview=netcore-3.1#examples，而且示例也是這樣，搞了這么久，居然不行，我等下一刀過去。

關(guān)于為什么不支持，可以看這里：/dotnet/migrating-delegate-begininvoke-calls-for-net-core/

不支持就算了，我們跳過，后面學(xué)習(xí)異步時再仔細討論。

任務(wù)取消功能

這個取消跟線程池池無關(guān)。

CancellationToken：傳播有關(guān)應(yīng)取消操作的通知。

CancellationTokenSource：向應(yīng)該被取消的CancellationToken發(fā)送信號。

兩者關(guān)系如下：

CancellationTokenSourcects=newCancellationTokenSource();

CancellationTokentoken=cts.Token;

這個取消，在于信號的發(fā)生和信號的捕獲，任務(wù)的取消不是實時的。

示例代碼如下：

CancellationTokenSource實例化一個取消標記，然后傳遞CancellationToken進去；

被啟動的線程，每個階段都判斷.IsCancellationRequested，然后確定是否停止運行。這取決于線程的自覺性。

classProgram

staticvoidMain()

CancellationTokenSourcects=newCancellationTokenSource();

Console.WriteLine("按下回車鍵，將取消任務(wù)");

newThread(()={CanceTask(cts.Token);}).Start();

newThread(()={CanceTask(cts.Token);}).Start();

Console.ReadKey();

//取消執(zhí)行

cts.Cancel();

Console.WriteLine("完成");

Console.ReadKey();

privatestaticvoidCanceTask(CancellationTokentoken)

Console.WriteLine("第一階段");

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

if(token.IsCancellationRequested)

return;

Console.WriteLine("第二階段");

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

if(token.IsCancellationRequested)

return;

Console.WriteLine("第三階段");

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

if(token.IsCancellationRequested)

return;

Console.WriteLine("第四階段");

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

if(token.IsCancellationRequested)

return;

Console.WriteLine("第五階段");

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

if(token.IsCancellationRequested)

return;

}

這個取消標記，在前面的很多同步方式中，都用的上。

計時器

常用的定時器有兩種，分別是：System.Timers.Timer和System.Thread.Timer。

System.Threading.Timer是一個普通的計時器，它是線程池中的線程中。

System.Timers.Timer包裝了System.Threading.Timer，并提供了一些用于在特定線程上分派的其他功能。

什么線程安全不安全。。。俺不懂這個。。。不過你可以參考/questions/19577296/thread-safety-of-system-timers-timer-vs-system-threading-timer

如果你想認真區(qū)分兩者的關(guān)系，可以查看：/web/20150329101415