C#多執行緒學習(四) 多執行緒的自動管理(執行緒池)

孤冢清風發表於2016-06-14
C#執行緒

在多執行緒的程式中，經常會出現兩種情況：

一種情況：   應用程式中，執行緒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（執行緒池）來解決；

另一種情況：執行緒平時都處於休眠狀態，只是週期性地被喚醒
                  這一般使用Timer（定時器）來解決；

ThreadPool類提供一個由系統維護的執行緒池（可以看作一個執行緒的容器），該容器需要 Windows 2000 以上系統支援，因為其中某些方法呼叫了只有高版本的Windows才有的API函式。

將執行緒安放線上程池裡，需使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法，該方法的原型如下：

//將一個執行緒放進執行緒池，該執行緒的Start()方法將呼叫WaitCallback代理物件代表的函式
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);

//過載的方法如下，引數object將傳遞給WaitCallback所代表的方法
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);
注意：
ThreadPool類是一個靜態類，你不能也不必要生成它的物件。而且一旦使用該方法線上程池中新增了一個專案，那麼該專案將是無法取消的。

在這裡你無需自己建立執行緒，只需把你要做的工作寫成函式，然後作為引數傳遞給ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了，傳遞的方法就是依靠WaitCallback代理物件，而執行緒的建立、管理、執行等工作都是由系統自動完成的，你無須考慮那些複雜的細節問題。
ThreadPool 的用法：
首先程式建立了一個ManualResetEvent物件，該物件就像一個訊號燈，可以利用它的訊號來通知其它執行緒。
本例中，當執行緒池中所有執行緒工作都完成以後，ManualResetEvent物件將被設定為有訊號，從而通知主執行緒繼續執行。

ManualResetEvent物件有幾個重要的方法：
初始化該物件時，使用者可以指定其預設的狀態（有訊號/無訊號）；
在初始化以後，該物件將保持原來的狀態不變，直到它的Reset()或者Set()方法被呼叫：
Reset()方法：將其設定為無訊號狀態；
Set()方法：將其設定為有訊號狀態。
WaitOne()方法：使當前執行緒掛起，直到ManualResetEvent物件處於有訊號狀態，此時該執行緒將被啟用。然後，程式將向執行緒池中新增工作項，這些以函式形式提供的工作項被系統用來初始化自動建立的執行緒。當所有的執行緒都執行完了以後，ManualResetEvent.Set()方法被呼叫，因為呼叫了ManualResetEvent.WaitOne()方法而處在等待狀態的主執行緒將接收到這個訊號，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 {
   //這是用來儲存資訊的資料結構，將作為引數被傳遞
   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;
      }

      //執行緒池裡的執行緒將呼叫Beta()方法
      public void Beta(Object state) {
         //輸出當前執行緒的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表中沒有當前執行緒的Hash值，則新增之
            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;//允許執行緒池中執行最多10個執行緒
         //新建ManualResetEvent物件並且初始化為無訊號狀態
         ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);
         Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);
         Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount);
         //建立工作項
         //注意初始化oAlpha物件的eventX屬性
         oAlpha.eventX = eventX;
         Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");
         try {
            //將工作項裝入執行緒池 
            //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)//如果當前系統支援ThreadPool的方法.
         {
            for (int iItem = 1; iItem < MaxCount; iItem++) {
               //插入佇列元素
               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，即執行緒呼叫ManualResetEvent.Set()方法
            eventX.WaitOne(Timeout.Infinite, true);
            //WaitOne()方法使呼叫它的執行緒等待直到eventX.Set()方法被呼叫
            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;
      }
   }
}

程式中應該引起注意的地方：
SomeState類是一個儲存資訊的資料結構，它在程式中作為引數被傳遞給每一個執行緒，因為你需要把一些有用的資訊封裝起來提供給執行緒，而這種方式是非常有效的。
程式出現的InterLocked類也是專為多執行緒程式而存在的，它提供了一些有用的原子操作。

原子操作：就是在多執行緒程式中，如果這個執行緒呼叫這個操作修改一個變數，那麼其他執行緒就不能修改這個變數了，這跟lock關鍵字在本質上是一樣的。

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

C#多執行緒學習系列：

C#多執行緒學習(一) 多執行緒的相關概念

http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5571506.html

C#多執行緒學習(二) 如何操縱一個執行緒 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584256.html

C#多執行緒學習(三) 生產者和消費者 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584305.html

C#多執行緒學習(四) 多執行緒的自動管理(執行緒池) 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584351.html

C#多執行緒學習(五) 多執行緒的自動管理(定時器) 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584370.html

C#多執行緒學習(六) 互斥物件 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584387.html

 

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