C#多线程编程连串(四)- 使用线程池

目录



1.1 简介

在本章中,首要介绍线程池(ThreadPool)的使用;在C#ca88官网,中它叫System.Threading.ThreadPool,在使用线程池此前率先我们得了解一个难点,那就是为啥要使用线程池。其紧要原因是创制一个线程的代价是昂贵的,创造一个线程会消耗过多的系统资源。

那就是说线程池是哪些缓解那么些难点的吧?线程池在始发时会自动创设一定量的线程供程序调用,使用时,开发人士并不直接分配线程,而是将急需做的办事放入线程池工作行列中,由线程池分配已有些线程举办拍卖,等处理完结后线程不是被销毁,而是再次重临线程池中,那样节约了创制线程的开发。

可是在使用线程池时,须求留意以下几点,那将丰盛重大。

  • 线程池不适合处理长日子运作的课业,或者处理须求与任何线程同步的功课。
  • 防止将线程池中的工作线程分配给I/O首先的天职,这种职务应该运用TPL模型。
  • 如非必须,不要手动设置线程池的最小线程数和最大线程数,CLR会自动的进行线程池的恢宏和减少,手动干预往往让品质更差。

1.2 在线程池中调用委托

本节体现的是怎么着在线程池中怎么着异步的实施委托,然后将介绍一个叫异步编程模型(Asynchronous
Programming Model,简称APM)
的异步编程格局。

在本节及其后,为了下落代码量,在引用程序集注明地方默许添加了using static System.Consoleusing static System.Threading.Thead扬言,那样申明可以让大家在先后中少些一些意义不大的调用语句。

示范代码如下所示,使用了日常创造线程和APM格局来实施同一个职责。

static void Main(string[] args)
{
    int threadId = 0;

    RunOnThreadPool poolDelegate = Test;

    var t = new Thread(() => Test(out threadId));
    t.Start();
    t.Join();

    WriteLine($"手动创建线程 Id: {threadId}");

    // 使用APM方式 进行异步调用  异步调用会使用线程池中的线程
    IAsyncResult r = poolDelegate.BeginInvoke(out threadId, Callback, "委托异步调用");
    r.AsyncWaitHandle.WaitOne();

    // 获取异步调用结果
    string result = poolDelegate.EndInvoke(out threadId, r);

    WriteLine($"Thread - 线程池工作线程Id: {threadId}");
    WriteLine(result);

    Console.ReadLine();
}

// 创建带一个参数的委托类型
private delegate string RunOnThreadPool(out int threadId);

private static void Callback(IAsyncResult ar)
{
    WriteLine("Callback - 开始运行Callback...");
    WriteLine($"Callback - 回调传递状态: {ar.AsyncState}");
    WriteLine($"Callback - 是否为线程池线程: {CurrentThread.IsThreadPoolThread}");
    WriteLine($"Callback - 线程池工作线程Id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
}

private static string Test(out int threadId)
{
    string isThreadPoolThread = CurrentThread.IsThreadPoolThread ? "ThreadPool - ": "Thread - ";

    WriteLine($"{isThreadPoolThread}开始运行...");
    WriteLine($"{isThreadPoolThread}是否为线程池线程: {CurrentThread.IsThreadPoolThread}");
    Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
    threadId = CurrentThread.ManagedThreadId;
    return $"{isThreadPoolThread}线程池工作线程Id: {threadId}";
}

运作结果如下图所示,其中以Thread起首的为手动创设的线程输出的音信,而TheadPool为发端线程池任务输出的音信,Callback为APM形式运行职务已毕后,执行的回调方法,可以清楚的来看,Callback的线程也是线程池的行事线程。

ca88官网 1

在上文中,使用BeginOperationName/EndOperationName方法和.Net中的IAsyncResult目标的章程被叫作异步编程模型(或APM格局),那样的措施被称作异步方法。使用委托的BeginInvoke格局来运作该信托,BeginInvoke接到一个回调函数,该回调函数会在义务处理完结后背调用,并且可以传递一个用户自定义的动静给回调函数。

现今那种APM编程格局用的越来越少了,更推荐应用职务并行库(Task Parallel
Library,简称TPL)
来公司异步API。

1.3 向线程池中放入异步操作

本节将介绍怎么样将异步操作放入线程池中推行,并且如何传递参数给线程池中的线程。本节中敬爱使用的是ThreadPool.QueueUserWorkItem()主意,该方法可将需求周转的职分通过信托的格局传递给线程池中的线程,并且同意传递参数。

行使比较不难,演示代码如下所示。演示了线程池使用中如何传递格局和参数,最终索要专注的是选取了Lambda表明式和它的闭包机制。

static void Main(string[] args)
{
    const int x = 1;
    const int y = 2;
    const string lambdaState = "lambda state 2";

    // 直接将方法传递给线程池
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(AsyncOperation);
    Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

    // 直接将方法传递给线程池 并且 通过state传递参数
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(AsyncOperation, "async state");
    Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

    // 使用Lambda表达式将任务传递给线程池 并且通过 state传递参数
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
    {
        WriteLine($"Operation state: {state}");
        WriteLine($"工作线程 id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
    }, "lambda state");

    // 使用Lambda表达式将任务传递给线程池 通过 **闭包** 机制传递参数
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ =>
    {
        WriteLine($"Operation state: {x + y}, {lambdaState}");
        WriteLine($"工作线程 id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
    }, "lambda state");

    ReadLine();
}

private static void AsyncOperation(object state)
{
    WriteLine($"Operation state: {state ?? "(null)"}");
    WriteLine($"工作线程 id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
    Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
}

运行结果如下图所示。

ca88官网 2

1.4 线程池与并行度

在本节中,紧假设应用普通创造线程和使用线程池内的线程在职责量相比较大的情形下有何界别,大家模拟了一个景色,成立了过多不等的线程,然后分别采取普通制造线程形式和线程池格局看看有怎么着分化。

static void Main(string[] args)
{
    const int numberOfOperations = 500;
    var sw = new Stopwatch();
    sw.Start();
    UseThreads(numberOfOperations);
    sw.Stop();
    WriteLine($"使用线程执行总用时: {sw.ElapsedMilliseconds}");

    sw.Reset();
    sw.Start();
    UseThreadPool(numberOfOperations);
    sw.Stop();
    WriteLine($"使用线程池执行总用时: {sw.ElapsedMilliseconds}");

    Console.ReadLine();
}

static void UseThreads(int numberOfOperations)
{
    using (var countdown = new CountdownEvent(numberOfOperations))
    {
        WriteLine("通过创建线程调度工作");
        for (int i = 0; i < numberOfOperations; i++)
        {
            var thread = new Thread(() =>
            {
                Write($"{CurrentThread.ManagedThreadId},");
                Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.1));
                countdown.Signal();
            });
            thread.Start();
        }
        countdown.Wait();
        WriteLine();
    }
}

static void UseThreadPool(int numberOfOperations)
{
    using (var countdown = new CountdownEvent(numberOfOperations))
    {
        WriteLine("使用线程池开始工作");
        for (int i = 0; i < numberOfOperations; i++)
        {
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ =>
            {
                Write($"{CurrentThread.ManagedThreadId},");
                Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.1));
                countdown.Signal();
            });
        }
        countdown.Wait();
        WriteLine();
    }
}

执行结果如下,可知使用原来的创造线程执行,速度极度快。只花了2分钟,可是创制了500三个线程,而使用线程池相对来说相比慢,花了9分钟,可是只创建了很少的线程,为操作系统节省了线程和内存空间,但花了越来越多的年月。

ca88官网 3

1.5 完成一个废除选项

在前面的文章中有关系,倘使必要为止一个线程的履行,那么可以采纳Abort()办法,然而有很多的来由并不推荐使用Abort()方法。

此间推荐的不二法门是应用协作式取消(cooperative
cancellation)
,那是一种保障的技能来安全打消不再须求的天职。其重点行使CancellationTokenSourceCancellationToken七个类,具体用法见下边演示代码。

以下延时代码首若是促成了运用CancellationTokenCancellationTokenSource来兑现职务的吊销。可是任务裁撤后可以拓展二种操作,分别是:直接回到、抛出ThrowIfCancellationRequesed老大和施行回调。详细请看代码。

static void Main(string[] args)
{
    // 使用CancellationToken来取消任务  取消任务直接返回
    using (var cts = new CancellationTokenSource())
    {
        CancellationToken token = cts.Token;
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => AsyncOperation1(token));
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
        cts.Cancel();
    }

    // 取消任务 抛出 ThrowIfCancellationRequesed 异常
    using (var cts = new CancellationTokenSource())
    {
        CancellationToken token = cts.Token;
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => AsyncOperation2(token));
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
        cts.Cancel();
    }

    // 取消任务 并 执行取消后的回调函数
    using (var cts = new CancellationTokenSource())
    {
        CancellationToken token = cts.Token;
        token.Register(() => { WriteLine("第三个任务被取消,执行回调函数。"); });
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => AsyncOperation3(token));
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
        cts.Cancel();
    }

    ReadLine();
}

static void AsyncOperation1(CancellationToken token)
{
    WriteLine("启动第一个任务.");
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        if (token.IsCancellationRequested)
        {
            WriteLine("第一个任务被取消.");
            return;
        }
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
    }
    WriteLine("第一个任务运行完成.");
}

static void AsyncOperation2(CancellationToken token)
{
    try
    {
        WriteLine("启动第二个任务.");

        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            token.ThrowIfCancellationRequested();
            Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
        }
        WriteLine("第二个任务运行完成.");
    }
    catch (OperationCanceledException)
    {
        WriteLine("第二个任务被取消.");
    }
}

static void AsyncOperation3(CancellationToken token)
{
    WriteLine("启动第三个任务.");
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        if (token.IsCancellationRequested)
        {
            WriteLine("第三个任务被取消.");
            return;
        }
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
    }
    WriteLine("第三个任务运行完成.");
}

运转结果如下所示,符合预期结果。

ca88官网 4

1.6 在线程池中选取等待事件处理器及逾期

本节将介绍怎么样在线程池中动用等待职务和怎样进展过期处理,其中主要选取ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject()艺术,该措施允许传入一个WaitHandle目标,和急需履行的职分、超时时间等。通过动用这么些方式,可做到线程池情况下对过期任务的拍卖。

示范代码如下所示,运行了一次采用ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject()编制超时代码的RunOperations()艺术,不过所盛传的超时时间差距,所以导致一个一定超时和一个不会晚点的结果。

static void Main(string[] args)
{
    // 设置超时时间为 5s WorkerOperation会延时 6s 肯定会超时
    RunOperations(TimeSpan.FromSeconds(5));

    // 设置超时时间为 7s 不会超时
    RunOperations(TimeSpan.FromSeconds(7));
}

static void RunOperations(TimeSpan workerOperationTimeout)
{
    using (var evt = new ManualResetEvent(false))
    using (var cts = new CancellationTokenSource())
    {
        WriteLine("注册超时操作...");
        // 传入同步事件  超时处理函数  和 超时时间
        var worker = ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(evt
            , (state, isTimedOut) => WorkerOperationWait(cts, isTimedOut)
            , null
            , workerOperationTimeout
            , true);

        WriteLine("启动长时间运行操作...");
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => WorkerOperation(cts.Token, evt));

        Sleep(workerOperationTimeout.Add(TimeSpan.FromSeconds(2)));

        // 取消注册等待的操作
        worker.Unregister(evt);

        ReadLine();
    }
}

static void WorkerOperation(CancellationToken token, ManualResetEvent evt)
{
    for (int i = 0; i < 6; i++)
    {
        if (token.IsCancellationRequested)
        {
            return;
        }
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
    }
    evt.Set();
}

static void WorkerOperationWait(CancellationTokenSource cts, bool isTimedOut)
{
    if (isTimedOut)
    {
        cts.Cancel();
        WriteLine("工作操作超时并被取消.");
    }
    else
    {
        WriteLine("工作操作成功.");
    }
}

运转结果如下图所示,与预期结果符合。

ca88官网 5

1.7 使用计时器

计时器是FCL提供的一个类,叫System.Threading.Timer,可要结果与创制周期性的异步操作。该类应用比较不难。

以下的以身作则代码应用了定时器,并安装了定时器延时启动时间和周期时间。

static void Main(string[] args)
{
    WriteLine("按下回车键,结束定时器...");
    DateTime start = DateTime.Now;

    // 创建定时器
    _timer = new Timer(_ => TimerOperation(start), null
        , TimeSpan.FromSeconds(1)
        , TimeSpan.FromSeconds(2));
    try
    {
        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(6));

        _timer.Change(TimeSpan.FromSeconds(1), TimeSpan.FromSeconds(4));

        ReadLine();
    }
    finally
    {
        //实现了IDispose接口  要及时释放
        _timer.Dispose();
    }
}

static Timer _timer;

static void TimerOperation(DateTime start)
{
    TimeSpan elapsed = DateTime.Now - start;
    WriteLine($"离 {start} 过去了 {elapsed.Seconds} 秒. " +
              $"定时器线程池 线程 id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
}

运作结果如下所示,可见定时器依据所设置的周期时间循环的调用TimerOperation()方法。

ca88官网 6

1.8 使用BackgroundWorker组件

本节关键介绍BackgroundWorker组件的运用,该器件实际上被用于Windows窗体应用程序(Windows
Forms Application,简称
WPF)
中,通过它达成的代码可以平昔与UI控制器交互,越发自认和好用。

示范代码如下所示,使用BackgroundWorker来完结对数据开展计算,并且让其协理报告工作进度,协助裁撤义务。

static void Main(string[] args)
{
    var bw = new BackgroundWorker();
    // 设置可报告进度更新
    bw.WorkerReportsProgress = true;
    // 设置支持取消操作
    bw.WorkerSupportsCancellation = true;

    // 需要做的工作
    bw.DoWork += Worker_DoWork;
    // 工作处理进度
    bw.ProgressChanged += Worker_ProgressChanged;
    // 工作完成后处理函数
    bw.RunWorkerCompleted += Worker_Completed;

    bw.RunWorkerAsync();

    WriteLine("按下 `C` 键 取消工作");
    do
    {
        if (ReadKey(true).KeyChar == 'C')
        {
            bw.CancelAsync();
        }

    }
    while (bw.IsBusy);
}

static void Worker_DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
{
    WriteLine($"DoWork 线程池 线程 id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
    var bw = (BackgroundWorker)sender;
    for (int i = 1; i <= 100; i++)
    {
        if (bw.CancellationPending)
        {
            e.Cancel = true;
            return;
        }
        if (i % 10 == 0)
        {
            bw.ReportProgress(i);
        }

        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.1));
    }

    e.Result = 42;
}

static void Worker_ProgressChanged(object sender, ProgressChangedEventArgs e)
{
    WriteLine($"已完成{e.ProgressPercentage}%. " +
              $"处理线程 id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
}

static void Worker_Completed(object sender, RunWorkerCompletedEventArgs e)
{
    WriteLine($"完成线程池线程 id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
    if (e.Error != null)
    {
        WriteLine($"异常 {e.Error.Message} 发生.");
    }
    else if (e.Cancelled)
    {
        WriteLine($"操作已被取消.");
    }
    else
    {
        WriteLine($"答案是 : {e.Result}");
    }
}

运行结果如下所示。

ca88官网 7

在本节中,使用了C#中的别的一个语法,叫事件(event)。当然这里的风浪不一致于此前在线程同步章节中涉及的轩然大波,那里是观察者设计形式的体现,包括事件源、订阅者和事件处理程序。因而,除了异步APM情势意外,还有据悉事件的异步格局(伊芙nt-based
Asynchronous Pattern,简称 EAP)

参考书籍

正文主要参照了以下几本书,在此对那几个小编表示真心的感谢你们提供了如此好的材料。

  1. 《CLR via C#》
  2. 《C# in Depth Third Edition》
  3. 《Essential C# 6.0》
  4. 《Multithreading with C# Cookbook Second Edition》
  5. 《C#四线程编程实战》

源码下载点击链接
示范源码下载

作者水平有限,假设不当欢迎各位批评指正!

相关文章