C#的多线程（2）——机制探索　线程池和定时器——多线程的自动管理

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四、线程池和定时器——多线程的自动管理

　　在多线程的程序中，经常会出现两种情况。一种情况下，应用程序中的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；而另外一种情况则是线程平常都处于休眠状态，只是周期性地被唤醒。在.net framework里边，我们使用ThreadPool来对付第一种情况，使用Timer来对付第二种情况。

　　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以上版本的系统支持，因为其中某些方法调用了只有高版本的Windows才有的API函数。你可以使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法将线程安放在线程池里，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);

　　要注意的是，ThreadPool类也是一个静态类，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，那么该项目将是没有办法取消的。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，线程池的优点也就在这里体现出来了，就好像你是公司老板——只需要安排工作，而不必亲自动手。

下面的例程演示了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的对象将被设置为有信号，从而通知主线程继续运行。它有几个重要的方法：Reset()，Set()，WaitOne()。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。

using System; 　　using System.Collections; 　　using System.Threading; 　　//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; 　　} 　　file://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) 　　　　{ 　　　　file://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); file://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 　　　　{ 　　　　file://将工作项装入线程池 　　　　file://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"); 　　　　file://等待事件的完成，即线程调用ManualResetEvent.Set()方法 　　　　eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true); 　　　　file://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; 　　} 　　}

　　程序中有些小地方应该引起我们的注意。SomeState类是一个保存信息的数据结构，在上面的程序中，它作为参数被传递给每一个线程，你很容易就能理解这个，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，所谓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。

　　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，这样我们才能得心应手地使用它。下面是该程序的输出结果：

Thread Pool Sample: 　　Queuing 10 items to Thread Pool 　　Queue to Thread Pool 0 　　Queue to Thread Pool 1 　　... 　　... 　　Queue to Thread Pool 9 　　Waiting for Thread Pool to drain 　　98 0 : 　　HashCount.Count==0, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==98 　　100 1 : 　　HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==100 　　98 2 : 　　... 　　... 　　Setting eventX 　　Thread Pool has been drained (Event fired) 　　Load across threads 　　101 2 　　100 3 　　98 4 　　102 1

　　与ThreadPool类不同，Timer类的作用是设置一个定时器，定时执行用户指定的函数，而这个函数的传递是靠另外一个代理对象TimerCallback，它必须在创建Timer对象时就指定，并且不能更改。定时器启动后，系统将自动建立一个新的线程，并且在这个线程里执行用户指定的函数。下面的语句初始化了一个Timer对象：

Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);

　　第一个参数指定了TimerCallback代理对象；第二个参数的意义跟上面提到的WaitCallback代理对象的一样，作为一个传递数据的对象传递给要调用的方法；第三个参数是延迟时间——计时开始的时刻距现在的时间，单位是毫秒；第四个参数是定时器的时间间隔——计时开始以后，每隔这么长的一段时间，TimerCallback所代表的方法将被调用一次，单位也是毫秒。这句话的意思就是将定时器的延迟时间和时间间隔都设为1秒钟。

　　定时器的设置是可以改变的，只要调用Timer.Change()方法，这是一个参数类型重载的方法，一般使用的原型如下：

public bool Change(long, long);

　　下面这段代码将前边设置的定时器修改了一下：

timer.Change(10000,2000);

　　很显然，定时器timer的时间间隔被重新设置为2秒，停止计时10秒后生效。

　　下面这段程序演示了Timer类的用法。

using System; 　　using System.Threading; 　　class TimerExampleState 　　{ 　　public int counter = 0; 　　public Timer tmr; 　　} 　　class App 　　{ 　　public static void Main() 　　{ 　　　　TimerExampleState s = new TimerExampleState(); 　　　　//创建代理对象TimerCallback，该代理将被定时调用 　　　　TimerCallback timerDelegate = new TimerCallback(CheckStatus); 　　　　//创建一个时间间隔为1s的定时器 　　　　Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000); 　　　　s.tmr = timer; 　　　　//主线程停下来等待Timer对象的终止 　　　　while(s.tmr != null) 　　　　Thread.Sleep(0); 　　　　Console.WriteLine("Timer example done."); 　　　　Console.ReadLine(); 　　} 　　file://下面是被定时调用的方法 　　static void CheckStatus(Object state) 　　{ 　　　　TimerExampleState s =(TimerExampleState)state; 　　　　s.counter++; 　　　　Console.WriteLine("{0} Checking Status {1}.",DateTime.Now.TimeOfDay, s.counter); 　　　　if(s.counter == 5) 　　　　{ 　　　　file://使用Change方法改变了时间间隔 　　　　(s.tmr).Change(10000,2000); 　　　　Console.WriteLine("changed..."); 　　　　} 　　　　if(s.counter == 10) 　　　　{ 　　　　Console.WriteLine("disposing of timer..."); 　　　　s.tmr.Dispose(); 　　　　s.tmr = null; 　　　　} 　　} 　　}

　　程序首先创建了一个定时器，它将在创建1秒之后开始每隔1秒调用一次CheckStatus()方法，当调用5次以后，在CheckStatus()方法中修改了时间间隔为2秒，并且指定在10秒后重新开始。当计数达到10次，调用Timer.Dispose()方法删除了timer对象，主线程于是跳出循环，终止程序。程序执行的结果如下：

　　上面就是对ThreadPool和Timer两个类的简单介绍，充分利用系统提供的功能，可以为我们省去很多时间和精力——特别是对很容易出错的多线程程序。同时我们也可以看到.net
Framework强大的内置对象，这些将对我们的编程带来莫大的方便。