[C# 线程处理系列]专题三：线程池中的工作者线程

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目录：

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：

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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。

[csharp] view
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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：

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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

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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：

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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。

[csharp] view
plaincopyprint?

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。

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