C#多线程系列之线程池

目录

• 线程池
• ThreadPool 常用属性和方法
• 线程池说明和示例
• 线程池线程数
• 线程池线程数说明
• 不支持的线程池异步委托
• 任务取消功能
• 计时器

线程池

线程池全称为托管线程池，线程池受 .NET 通用语言运行时(CLR)管理，线程的生命周期由 CLR 处理，因此我们可以专注于实现任务，而不需要理会线程管理。

线程池的应用场景：任务并行库 (TPL)操作、异步 I/O 完成、计时器回调、注册的等待操作、使用委托的异步方法调用和套接字连接。

很多人不清楚 Task、Task<TResult> 原理，原因是没有好好了解线程池。

ThreadPool 常用属性和方法

属性：

方法：

线程池说明和示例

通过 System.Threading.ThreadPool 类，我们可以使用线程池。

ThreadPool 类是静态类，它提供一个线程池，该线程池可用于执行任务、发送工作项、处理异步 I/O、代表其他线程等待以及处理计时器。

理论的东西这里不会说太多，你可以参考官方文档地址：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.threadpool?view=netcore-3.1

ThreadPool 有一个 QueueUserWorkItem() 方法，该方法接受一个代表用户异步操作的委托(名为 WaitCallback )，调用此方法传入委托后，就会进入线程池内部队列中。

WaitCallback 委托的定义如下：

public delegate void WaitCallback(object state);

现在我们来写一个简单的线程池示例，再扯淡一下。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(MyAction);

            ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
            {
                Console.WriteLine("任务已被执行2");
            });
            Console.ReadKey();
        }
        // state 表示要传递的参数信息，这里为 null
        private static void MyAction(Object state)
        {
            Console.WriteLine("任务已被执行1");
        }
    }

十分简单对不对~

这里有几个要点：

• 不要将长时间运行的操作放进线程池中；
• 不应该阻塞线程池中的线程；
• 线程池中的线程都是后台线程(又称工作者线程)；

另外，这里一定要记住 WaitCallback 这个委托。

我们观察创建线程需要的时间：

        static void Main()
        {
            Stopwatch watch = new Stopwatch();
            watch.Start();
            for (int i = 0; i < 10; i++)
                new Thread(() => { }).Start();
            watch.Stop();
            Console.WriteLine("创建 10 个线程需要花费时间(毫秒)：" + watch.ElapsedMilliseconds);
            Console.ReadKey();
        }

笔者电脑测试结果大约 160。

线程池线程数

线程池中的 SetMinThreads()和 SetMaxThreads() 可以设置线程池工作的最小和最大线程数。其定义分别如下：

// 设置线程池最小工作线程数线程
public static bool SetMinThreads (int workerThreads, int completionPortThreads);

// 获取
public static void GetMinThreads (out int workerThreads, out int completionPortThreads);

workerThreads：要由线程池根据需要创建的新的最小工作程序线程数。

completionPortThreads：要由线程池根据需要创建的新的最小空闲异步 I/O 线程数。

SetMinThreads() 的返回值代表是否设置成功。

// 设置线程池最大工作线程数
public static bool SetMaxThreads (int workerThreads, int completionPortThreads);

// 获取
public static void GetMaxThreads (out int workerThreads, out int completionPortThreads);

workerThreads：线程池中辅助线程的最大数目。

completionPortThreads：线程池中异步 I/O 线程的最大数目。

SetMaxThreads() 的返回值代表是否设置成功。

这里就不给出示例了，不过我们也看到了上面出现 异步 I/O 线程 这个关键词，下面会学习到相关知识。

线程池线程数说明

关于最大最小线程数，这里有一些知识需要说明。在此前，我们来写一个示例：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 不断加入任务
            for (int i = 0; i < 8; i++)
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
                {
                    Thread.Sleep(100);
                    Console.WriteLine("");
                });
            for (int i = 0; i < 8; i++)
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    Console.WriteLine("");
                });

            Console.WriteLine("     此计算机处理器数量：" + Environment.ProcessorCount);

            // 工作项、任务代表同一个意思
            Console.WriteLine("     当前线程池存在线程数：" + ThreadPool.ThreadCount);
            Console.WriteLine("     当前已处理的工作项数：" + ThreadPool.CompletedWorkItemCount);
            Console.WriteLine("     当前已加入处理队列的工作项数：" + ThreadPool.PendingWorkItemCount);
            int count;
            int ioCount;
            ThreadPool.GetMinThreads(out count, out ioCount);
            Console.WriteLine($"     默认最小辅助线程数：{count}，默认最小异步IO线程数：{ioCount}");

            ThreadPool.GetMaxThreads(out count, out ioCount);
            Console.WriteLine($"     默认最大辅助线程数：{count}，默认最大异步IO线程数：{ioCount}");
            Console.ReadKey();
        }
    }

运行后，笔者电脑输出结果(我们的运行结果可能不一样)：

     此计算机处理器数量：8
     当前线程池存在线程数：8
     当前已处理的工作项数：2
     当前已加入处理队列的工作项数：8
     默认最小辅助线程数：8，默认最小异步IO线程数：8
     默认最大辅助线程数：32767，默认最大异步IO线程数：1000

我们结合运行结果，来了解一些知识点。

线程池最小线程数，默认是当前计算机处理器数量。另外我们也看到了。当前线程池存在线程数为 8 ，因为线程池创建后，无论有没有任务，都有 8 个线程存活。

如果将线程池最小数设置得过大(SetMinThreads())，会导致任务切换开销变大，消耗更多得性能资源。

如果设置得最小值小于处理器数量，则也可能会影响性能。

Environment.ProcessorCount 可以确定当前计算机上有多少个处理器数量(例如CPU是四核八线程，结果就是八)。

SetMaxThreads() 设置的最大工作线程数或 I/O 线程数，不能小于 SetMinThreads() 设置的最小工作线程数或 I/O 线程数。

设置线程数过大，会导致任务切换开销变大，消耗更多得性能资源。

如果加入的任务大于设置的最大线程数，那么将会进入等待队列。

不能将工作线程或 I/O 完成线程的最大数目设置为小于计算机上的处理器数。

不支持的线程池异步委托

扯淡了这么久，我们从设置线程数中，发现有个 I/O 异步线程数，这个线程数限制的是执行异步委托的线程数量，这正是本节要介绍的。

异步编程模型(Asynchronous Programming Model，简称 APM)，在日常撸码中，我们可以使用 async、await 和Task 一把梭了事。

.NET Core 不再使用 BeginInvoke 这种模式。你可以跟着笔者一起踩坑先。

笔者在看书的时候，写了这个示例：

很多地方也在使用这种形式的示例，但是在 .NET Core 中用不了，只能在 .NET Fx 使用。。。

    class Program
    {
        private delegate string MyAsyncDelete(out int thisThreadId);
        static void Main(string[] args)
        {
            int threadId;
            // 不是异步调用
            MyMethodAsync(out threadId);

            // 创建自定义的委托
            MyAsyncDelete myAsync = MyMethodAsync;

            // 初始化异步的委托
            IAsyncResult result = myAsync.BeginInvoke(out threadId, null, null);

            // 当前线程等待异步完成任务，也可以去掉
            result.AsyncWaitHandle.WaitOne();
            Console.WriteLine("异步执行");

            // 检索异步执行结果
            string returnValue = myAsync.EndInvoke(out threadId, result);

            // 关闭
            result.AsyncWaitHandle.Close();

            Console.WriteLine("异步处理结果：" + returnValue);
        }
        private static string MyMethodAsync(out int threadId)
        {
            // 获取当前线程在托管线程池的唯一标识
            threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
            // 模拟工作请求
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(new Random().Next(1, 5)));
            // 返回工作完成结果
            return "喜欢我的读者可以关注笔者的博客欧~";
        }
    }

目前百度到的很多文章也是 .NET FX 时代的代码了，要注意 C# 在版本迭代中，对异步这些 API ，做了很多修改，不要看别人的文章，学完后才发现不能在 .NET Core 中使用(例如我... ...)，浪费时间。

上面这个代码示例，也从侧面说明了，以往 .NET Fx (C# 5.0 以前)中使用异步是很麻烦的。

.NET Core 是不支持异步委托的，具体可以看 https://github.com/dotnet/runtime/issues/16312

官网文档明明说支持的https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.iasyncresult?view=netcore-3.1#examples，而且示例也是这样，搞了这么久，居然不行，我等下一刀过去。

关于为什么不支持，可以看这里：https://devblogs.microsoft.com/dotnet/migrating-delegate-begininvoke-calls-for-net-core/

不支持就算了，我们跳过，后面学习异步时再仔细讨论。

任务取消功能

这个取消跟线程池池无关。

CancellationToken：传播有关应取消操作的通知。

CancellationTokenSource：向应该被取消的 CancellationToken 发送信号。

两者关系如下：

        CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
        CancellationToken token = cts.Token;

这个取消，在于信号的发生和信号的捕获，任务的取消不是实时的。

示例代码如下：

CancellationTokenSource 实例化一个取消标记，然后传递 CancellationToken 进去；

被启动的线程，每个阶段都判断 .IsCancellationRequested，然后确定是否停止运行。这取决于线程的自觉性。

    class Program
    {
        static void Main()
        {
            CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

            Console.WriteLine("按下回车键，将取消任务");

            new Thread(() => { CanceTask(cts.Token); }).Start();
            new Thread(() => { CanceTask(cts.Token); }).Start();

            Console.ReadKey();

            // 取消执行
            cts.Cancel();
            Console.WriteLine("完成");
            Console.ReadKey();
        }

        private static void CanceTask(CancellationToken token)
        {
            Console.WriteLine("第一阶段");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            if (token.IsCancellationRequested)
                return;

            Console.WriteLine("第二阶段");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            if (token.IsCancellationRequested)
                return;

            Console.WriteLine("第三阶段");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            if (token.IsCancellationRequested)
                return;

            Console.WriteLine("第四阶段");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            if (token.IsCancellationRequested)
                return;

            Console.WriteLine("第五阶段");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            if (token.IsCancellationRequested)
                return;
        }
    }

这个取消标记，在前面的很多同步方式中，都用的上。

计时器

常用的定时器有两种，分别是：System.Timers.Timer 和 System.Thread.Timer。

System.Threading.Timer是一个普通的计时器，它是线程池中的线程中。

System.Timers.Timer包装了System.Threading.Timer，并提供了一些用于在特定线程上分派的其他功能。

什么线程安全不安全。。。俺不懂这个。。。不过你可以参考https://stackoverflow.com/questions/19577296/thread-safety-of-system-timers-timer-vs-system-threading-timer

如果你想认真区分两者的关系，可以查看：https://web.archive.org/web/20150329101415/https://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc164015.aspx

两者主要使用区别：

• System.Timers.Timer，它会定期触发一个事件并在一个或多个事件接收器中执行代码。
• System.Threading.Timer，它定期在线程池线程上执行一个回调方法。

大多数情况下使用 System.Threading.Timer，因为它比较“轻”，另外就是 .NET Core 1.0 时，System.Timers.Timer 被取消了，NET Core 2.0 时又回来了。主要是为了 .NET FX 和 .NET Core 迁移方便，才加上去的。所以，你懂我的意思吧。

System.Threading.Timer 其中一个构造函数定义如下：

public Timer (System.Threading.TimerCallback callback, object state, uint dueTime, uint period);

callback：要定时执行的方法；

state：要传递给线程的信息(参数)；

dueTime：延迟时间，避免一创建计时器，马上开始执行方法；

period：设置定时执行方法的时间间隔；

计时器示例：

    class Program
    {
        static void Main()
        {
            Timer timer = new Timer(TimeTask,null,100,1000);

            Console.ReadKey();
        }

        // public delegate void TimerCallback(object? state);
        private static void TimeTask(object state)
        {
            Console.WriteLine("www.whuanle.cn");
        }
    }

Timer 有不少方法，但不常用，可以查看官方文档：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.timer?view=netcore-3.1#methods

到此这篇关于C#多线程系列之线程池的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。