C#多线程学习(四) 多线程的自动管理(线程池)

在多线程的程序中，经常会出现两种情况：

一种情况： 应用程序中，线程把大部分的时间花费在等待状态，等待某个事件发生，然后才能给予响应

这一般使用ThreadPool（线程池）来解决；

另一种情况：线程平时都处于休眠状态，只是周期性地被唤醒

这一般使用Timer（定时器）来解决；

ThreadPool类提供一个由系统维护的线程池（可以看作一个线程的容器），该容器需要 Windows 2000 以上系统支持，因为其中某些方法调用了只有高版本的Windows才有的API函数。

将线程安放在线程池里，需使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法，该方法的原型如下：

//将一个线程放进线程池，该线程的Start()方法将调用WaitCallback代理对象代表的函数

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);

//重载的方法如下，参数object将传递给WaitCallback所代表的方法

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);

注意：

ThreadPool类是一个静态类，你不能也不必要生成它的对象。而且一旦使用该方法在线程池中添加了一个项目，那么该项目将是无法取消的。

在这里你无需自己建立线程，只需把你要做的工作写成函数，然后作为参数传递给ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了，传递的方法就是依靠WaitCallback代理对象，而线程的建立、管理、运行等工作都是由系统自动完成的，你无须考虑那些复杂的细节问题。

ThreadPool 的用法：

首先程序创建了一个ManualResetEvent对象，该对象就像一个信号灯，可以利用它的信号来通知其它线程。

本例中，当线程池中所有线程工作都完成以后，ManualResetEvent对象将被设置为有信号，从而通知主线程继续运行。

ManualResetEvent对象有几个重要的方法：

初始化该对象时，用户可以指定其默认的状态（有信号/无信号）；

在初始化以后，该对象将保持原来的状态不变，直到它的Reset()或者Set()方法被调用：

Reset()方法：将其设置为无信号状态；

Set()方法：将其设置为有信号状态。

WaitOne()方法：使当前线程挂起，直到ManualResetEvent对象处于有信号状态，此时该线程将被激活。然后，程序将向线程池中添加工作项，这些以函数形式提供的工作项被系统用来初始化自动建立的线程。当所有的线程都运行完了以后，ManualResetEvent.Set()方法被调用，因为调用了ManualResetEvent.WaitOne()方法而处在等待状态的主线程将接收到这个信号，于是它接着往下执行，完成后边的工作。

ThreadPool 的用法示例：

using System;

using System.Collections;

using System.Threading;

namespace ThreadExample

{

//这是用来保存信息的数据结构，将作为参数被传递

public class SomeState

{

　　 public int Cookie;

　　 public SomeState(int iCookie)

　　 {

Cookie = iCookie;

　　 }

}

public class Alpha

{

　　public Hashtable HashCount;

　　public ManualResetEvent eventX;

　　public static int iCount = 0;

　　public static int iMaxCount = 0;

　　

public Alpha(int MaxCount)

　　{

　 HashCount = new Hashtable(MaxCount);

　 iMaxCount = MaxCount;

　　}

　　//线程池里的线程将调用Beta()方法

　　public void Beta(Object state)

　　{

　　 //输出当前线程的hash编码值和Cookie的值

　 Console.WriteLine(" {0} {1} :", Thread.CurrentThread.GetHashCode(),((SomeState)state).Cookie);

Console.WriteLine("HashCount.Count=={0}, Thread.CurrentThread.GetHashCode()=={1}", HashCount.Count, Thread.CurrentThread.GetHashCode());

lock (HashCount)

{

　　　　 //如果当前的Hash表中没有当前线程的Hash值，则添加之

　　　　 if (!HashCount.ContainsKey(Thread.CurrentThread.GetHashCode()))

　　 　 HashCount.Add (Thread.CurrentThread.GetHashCode(), 0);

　 　　 HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()] =

((int)HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()])+1;

　 　}

int iX = 2000;

Thread.Sleep(iX);

//Interlocked.Increment()操作是一个原子操作，具体请看下面说明

Interlocked.Increment(ref iCount);

if (iCount == iMaxCount)

{

　 　 Console.WriteLine();

　　　　 Console.WriteLine("Setting eventX ");

　　　　 eventX.Set();

　 }

　　 }

}

public class SimplePool

{

public static int Main(string[] args)

{

Console.WriteLine("Thread Pool Sample:");

bool W2K = false;

int MaxCount = 10;//允许线程池中运行最多10个线程

//新建ManualResetEvent对象并且初始化为无信号状态

ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);

Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);

Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount);

//创建工作项

//注意初始化oAlpha对象的eventX属性

oAlpha.eventX = eventX;

Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");

try

{

//将工作项装入线程池

//这里要用到Windows 2000以上版本才有的API，所以可能出现NotSupportException异常

ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta), new SomeState(0));

W2K = true;

}

catch (NotSupportedException)

{

Console.WriteLine("These API's may fail when called on a non-Windows 2000 system.");

W2K = false;

}

if (W2K)//如果当前系统支持ThreadPool的方法.

{

for (int iItem=1;iItem < MaxCount;iItem++)

{

//插入队列元素

Console.WriteLine("Queue to Thread Pool {0}", iItem);

ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta), new SomeState(iItem));

}

Console.WriteLine("Waiting for Thread Pool to drain");

//等待事件的完成，即线程调用ManualResetEvent.Set()方法

eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true);

//WaitOne()方法使调用它的线程等待直到eventX.Set()方法被调用

Console.WriteLine("Thread Pool has been drained (Event fired)");

Console.WriteLine();

Console.WriteLine("Load across threads");

foreach(object o in oAlpha.HashCount.Keys)

Console.WriteLine("{0} {1}", o, oAlpha.HashCount[o]);

}

Console.ReadLine();

return 0;

}

}

}

}

程序中应该引起注意的地方：

SomeState类是一个保存信息的数据结构，它在程序中作为参数被传递给每一个线程，因为你需要把一些有用的信息封装起来提供给线程，而这种方式是非常有效的。

程序出现的InterLocked类也是专为多线程程序而存在的，它提供了一些有用的原子操作。

原子操作：就是在多线程程序中，如果这个线程调用这个操作修改一个变量，那么其他线程就不能修改这个变量了，这跟lock关键字在本质上是一样的。

程序的输出结果：

Thread Pool Sample:

Queuing 10 items to Thread Pool

Queue to Thread Pool 0

Queue to Thread Pool 1

Queue to Thread Pool 2

Queue to Thread Pool 3

Queue to Thread Pool 4

Queue to Thread Pool 5

2 0 :

HashCount.Count==0, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==2

Queue to Thread Pool 6

Queue to Thread Pool 7

Queue to Thread Pool 8

Queue to Thread Pool 9

Waiting for Thread Pool to drain

4 1 :

HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==4

6 2 :

HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==6

7 3 :

HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==7

2 4 :

HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==2

8 5 :

HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==8

9 6 :

HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==9

10 7 :

HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==10

11 8 :

HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==11

4 9 :

HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==4

Setting eventX

Thread Pool has been drained (Event fired)

Load across threads

11 1

10 1

9 1

8 1

7 1

6 1

4 2

2 2

我们应该彻底地分析上面的程序，把握住线程池的本质，理解它存在的意义是什么，这样才能得心应手地使用它。