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C#多線程學習(四) 多線程的自動管理(線程池)

編輯:C#基礎知識

在多線程的程序中,經常會出現兩種情況:

一種情況: 應用程序中,線程把大部分的時間花費在等待狀態,等待某個事件發生,然後才能給予響應

這一般使用ThreadPool(線程池)來解決;

另一種情況:線程平時都處於休眠狀態,只是周期性地被喚醒

這一般使用Timer(定時器)來解決;

ThreadPool類提供一個由系統維護的線程池(可以看作一個線程的容器),該容器需要 Windows 2000 以上系統支持,因為其中某些方法調用了只有高版本的Windows才有的API函數。

將線程安放在線程池裡,需使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法,該方法的原型如下:

//將一個線程放進線程池,該線程的Start()方法將調用WaitCallback代理對象代表的函數

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);

//重載的方法如下,參數object將傳遞給WaitCallback所代表的方法

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);

ThreadPool類是一個靜態類,你不能也不必要生成它的對象。而且一旦使用該方法在線程池中添加了一個項目,那麼該項目將是無法取消的。

在這裡你無需自己建立線程,只需把你要做的工作寫成函數,然後作為參數傳遞給ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了,傳遞的方法就是依靠WaitCallback代理對象,而線程的建立、管理、運行等工作都是由系統自動完成的,你無須考慮那些復雜的細節問題。

ThreadPool 的用法:
首先程序創建了一個ManualResetEvent對象,該對象就像一個信號燈,可以利用它的信號來通知其它線程。

本例中,當線程池中所有線程工作都完成以後,ManualResetEvent對象將被設置為有信號,從而通知主線程繼續運行。

ManualResetEvent對象有幾個重要的方法:
初始化該對象時,用戶可以指定其默認的狀態(有信號/無信號);

在初始化以後,該對象將保持原來的狀態不變,直到它的Reset()或者Set()方法被調用:

Reset()方法:將其設置為無信號狀態;

Set()方法:將其設置為有信號狀態。

WaitOne()方法:使當前線程掛起,直到ManualResetEvent對象處於有信號狀態,此時該線程將被激活。然後,程序將向線程池中添加工作項,這些以函數形式提供的工作項被系統用來初始化自動建立的線程。當所有的線程都運行完了以後,ManualResetEvent.Set()方法被調用,因為調用了ManualResetEvent.WaitOne()方法而處在等待狀態的主線程將接收到這個信號,於是它接著往下執行,完成後邊的工作。

ThreadPool 的用法示例:

 using System;
using System.Collections;
using System.Threading;

namespace ThreadExample
{
    //這是用來保存信息的數據結構,將作為參數被傳遞
    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;
  }

  //線程池裡的線程將調用Beta()方法
  public void Beta(Object state)
  {
      //輸出當前線程的hash編碼值和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)
      {
        //如果當前的Hash表中沒有當前線程的Hash值,則添加之
        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()操作是一個原子操作,具體請看下面說明
          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;//允許線程池中運行最多10個線程
                //新建ManualResetEvent對象並且初始化為無信號狀態
                ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);
                Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);
                Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount);
                //創建工作項
                //注意初始化oAlpha對象的eventX屬性
                oAlpha.eventX = eventX;
                Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");
                try
                {
                    //將工作項裝入線程池
                    //這裡要用到Windows 2000以上版本才有的API,所以可能出現NotSupportException異常
                    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)//如果當前系統支持ThreadPool的方法.
                {
                    for (int iItem=1;iItem < MaxCount;iItem++)
                    {
                        //插入隊列元素
                        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,即線程調用ManualResetEvent.Set()方法
                    eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true);
                    //WaitOne()方法使調用它的線程等待直到eventX.Set()方法被調用
                    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;
            }
        }
    }
}

 

程序中應該引起注意的地方:
SomeState類是一個保存信息的數據結構,它在程序中作為參數被傳遞給每一個線程,因為你需要把一些有用的信息封裝起來提供給線程,而這種方式是非常有效的。

程序出現的InterLocked類也是專為多線程程序而存在的,它提供了一些有用的原子操作。

原子操作:就是在多線程程序中,如果這個線程調用這個操作修改一個變量,那麼其他線程就不能修改這個變量了,這跟lock關鍵字在本質上是一樣的。

 
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

我們應該徹底地分析上面的程序,把握住線程池的本質,理解它存在的意義是什麼,這樣才能得心應手地使用它。

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