C#中的线程池使用（二）

线程池是后台线程。每个线程都使用默认的堆栈大小，以默认的优先级运行，并处于多线程单元中。每个进程只有一个线程池对象。

下面说一下线程池中的异常，在线程池中未处理的异常将终止进程。以下为此规则的三种例外情况：

（1）由于调用了Abort，线程池线程中将引发ThreadAbortException异常（在对Abort方法进行调用时引发的异常）。

（2）由于正在卸载应用程序域，线程池线程中将引发AppDomainUnloadedException异常（在尝试访问已卸载的应用程序域时引发的异常）。

（3）公共语言运行库或宿主进程将终止线程。

如果公共语言运行库所创建的线程中未处理这些异常中的任何一个，则异常将终止线程，但公共语言运行库不允许该异常继续下去。

如果在主线程或从非托管代码进入运行库的线程中未处理这些异常，则它们将正常继续，并导致应用程序终止。

注意：在 .NET Framework 1.0 和 1.1 版中，公共语言运行库将捕获线程池中的未处理异常，而不出现任何提示。这可能会破坏应用程序状态，并最终导致应用程序挂起，将很难进行调试。

使用线程池的方式主要有4种，下面分别对其进行介绍。

1．ThreadPool类的QueueUserWorkItem方法

在使用线程池时，可以从托管代码中调用ThreadPool类的QueueUserWorkItem方法，或从非托管代码中调用CorQueueUserWorkItem方法，并用线程池线程要执行的回调方法WaitCallback执行线程池。

QueueUserWorkItem方法将方法排入队列以便执行（并指定包含该方法所用数据的对象，用state参数来实现）。此方法在有线程池线程变得可用时执行。该方法有两个语法形式，其语法如下：

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack)
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack,Object state)

参数说明：

callBack：WaitCallback类型，它表示要执行的方法。

State：Object类型，包含方法所用数据的对象。

返回值：Boolean类型，如果此方法成功排队，则为true；如果无法将该工作项排队，则引发OutOfMemoryException异常。 

  示例   线程池的应用

本示例用线程池顺序执行两个方法。代码如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace ThreadPoolApple
{
    class Program
    {
        public void thread1(Object obj)//定义方法thread1
        {
            for (int i = 0; i <= 3; i++)//输出0~3的值
            {
                Console.Write(i.ToString());
            }
            Console.WriteLine();//换行
        }
        public void thread2(Object obj)//定义方法thread2
        {
            for (int i = 4; i <= 6; i++)//输出4~6的值
            {
                Console.Write(i.ToString() + obj.ToString());//值后面加货币符号
            }
            Console.WriteLine();//换行
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            string Ostr = "￥";//用字符串记录货币符号
            Program prog = new Program();//实例化Program类
            for (int i = 0; i <= 3; i++)
            {
                //用线程池执行无参数方法
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(prog.thread1));
                //用线程池执行有参数方法
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(prog.thread2),Ostr);
            }
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

运行结果如下图所示。

 

图  线程池的应用结果

 注意：在ThreadPool类中QueueUserWorkItem是一个静态方法，因此可以由ThreadPool类直接用。

2．ThreadPool类的UnsafeQueueUserWorkItem方法

该方法注册一个等待WaitHandle的委托。与QueueUserWorkItem方法不同，UnsafeQueueUserWorkItem 不会将调用堆栈传播到辅助线程。这使得代码可以失去调用堆栈，从而提升它的安全特权。语法如下：

[SecurityPermissionAttribute(SecurityAction.LinkDemand, Flags = SecurityPermissionFlag.NoFlags|SecurityPermissionFlag.ControlEvidence|SecurityPermissionFlag.ControlPolicy)]
public static bool UnsafeQueueUserWorkItem(WaitCallback callBack,Object state)

参数说明：

callBack ：System.Threading.WaitCallback类型，一个WaitCallback，表示当线程池中的线程选择工作项时调用的委托。

state：Object类型，在接受线程池服务时传递给委托的对象。

返回值：Boolean类型，如果方法成功，则为true；如果无法将该工作项排队，则引发OutOfMemoryException。

在使用 UnsafeQueueUserWorkItem方法时，可能会无意中打开一个安全漏洞。代码访问安全性的权限检查基于所有调用方对堆栈的权限进行。如果使用 UnsafeQueueUserWorkItem 将工作排在某个线程池线程上，则该线程池线程的堆栈将不会具有实际调用方的上下文。恶意代码可能会利用这一点避开权限检查。

  示例     线程池的应用

本示例主要讲解一下如何用UnsafeQueueUserWorkItem方法对线程池进行操作。代码如下：

namespace _01_05
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //注册一个等待WaitHandle的委托
            ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItem(new WaitCallback(ThreadProc), "First task");
            Console.WriteLine("将主线程挂起");
            Thread.Sleep(1000);//挂走主线程
            Console.WriteLine("执行主线程");
            Console.ReadLine();
        }
        //自定义方法，主要用于线程池的调用方法
        public static void ThreadProc(object state)
        {
            Console.WriteLine("执行线程池   "+state.ToString());
        }
    }
}

运行结果如下图所示。

 

与QueueUserWorkItem方法不同，UnsafeQueueUserWorkItem不会将调用堆栈传播到辅助线程。这使得代码可以失去调用堆栈，从而提升它的安全特权。

3．ThreadPool类的RegisterWaitForSingleObject方法

可以使用 ThreadPool类的RegisterWaitForSingleObject方法注册正在等待WaitHandle的委托。该方法一共有4个语法形式，下面分别对其进行介绍。

l  语法1

注册一个等待WaitHandle的委托，并指定一个32位有符号整数来表示超时值（以毫秒为单位）。其语法如下：

public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject(WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,int millisecondsTimeOutInterval,bool executeOnlyOnce)

waitObject：WaitHandle类型，要注册的WaitHandle。使用WaitHandle而非Mutex。

CallBack：WaitOrTimerCallback类型，waitObject参数终止时调用的WaitOrTimerCallback委托。

State：Object类型，传递给委托的对象。

MillisecondsTimeOutInterval：Int32类型，以毫秒为单位的超时。如果millisecondsTimeOutInterval参数为0（零），函数将测试对象的状态并立即返回。如果millisecondsTimeOutInterval为-1，则函数的超时间隔永远不过期。

ExecuteOnlyOnce：Boolean类型，如果为true，表示在调用了委托后，线程将不再在waitObject 参数上等待；如果为false，表示每次完成等待操作后都重置计时器，直到注销等待。

返回值：System.Threading.RegisteredWaitHandle类型，封装本机句柄的 RegisteredWaitHandle。

l  语法2

注册一个等待WaitHandle的委托，并指定一个64位有符号整数来表示超时值（以毫秒为单位）。其语法如下：

public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject(WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,long millisecondsTimeOutInterval,bool executeOnlyOnce)

参数说明：

waitObject：WaitHandle类型，要注册的WaitHandle。使用WaitHandle而非Mutex。

CallBack：WaitOrTimerCallback类型，waitObject参数终止时调用的WaitOrTimerCallback委托。

State：Object类型，传递给委托的对象。

millisecondsTimeOutInterval：Int64类型，以毫秒为单位的超时。如果millisecondsTimeOutInterval参数为0（零），函数将测试对象的状态并立即返回。如果millisecondsTimeOutInterval为-1，则函数的超时间隔永远不过期。

ExecuteOnlyOnce：Boolean类型，如果为true，表示在调用了委托后，线程将不再在waitObject 参数上等待；如果为false，表示每次完成等待操作后都重置计时器，直到注销等待。

返回值：System.Threading.RegisteredWaitHandle类型，封装本机句柄的 RegisteredWaitHandle。

l  语法3

注册一个等待WaitHandle的委托，并指定一个TimeSpan值来表示超时时间。其语法如下：

public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject(WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,TimeSpan timeout,bool xecuteOnlyOnce)

参数说明：

waitObject：WaitHandle类型，要注册的WaitHandle。使用WaitHandle而非Mutex。

CallBack：WaitOrTimerCallback类型，waitObject参数终止时调用的WaitOrTimerCallback委托。

State：Object类型，传递给委托的对象。

Timeout：TimeSpan类型，TimeSpan表示的超时时间。如果timeout为0（零），则函数将测试对象的状态并立即返回。如果timeout为-1，则函数的超时间隔永远不过期。

ExecuteOnlyOnce：Boolean类型，如果为true，表示在调用了委托后，线程将不再在waitObject 参数上等待；如果为false，表示每次完成等待操作后都重置计时器，直到注销等待。

返回值：System.Threading.RegisteredWaitHandle类型，封装本机句柄的 RegisteredWaitHandle。

l  语法4

指定表示超时（以毫秒为单位）的32位无符号整数，注册一个委托等待WaitHandle。其语法如下：

[CLSCompliantAttribute(false)]
public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject(WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,uint millisecondsTimeOutInterval,bool executeOnlyOnce)

参数说明：

waitObject：WaitHandle类型，要注册的WaitHandle。使用WaitHandle而非Mutex。

CallBack：WaitOrTimerCallback类型，waitObject参数终止时调用的WaitOrTimerCallback委托。

State：Object类型，传递给委托的对象。

MillisecondsTimeOutInterval：UInt32类型，以毫秒为单位的超时。如果millisecondsTimeOutInterval参数为0（零），函数将测试对象的状态并立即返回。如果millisecondsTimeOutInterval为-1，则函数的超时间隔永远不过期。

ExecuteOnlyOnce：Boolean类型，如果为true，表示在调用了委托后，线程将不再在waitObject参数上等待；如果为false，表示每次完成等待操作后都重置计时器，直到注销等待。

返回值：System.Threading.RegisteredWaitHandle类型，封装本机句柄的 RegisteredWaitHandle。

注意：在以上的4个语法中，对waitObject应用Mutex不会导致回调互斥，因为它是基于Win32 API使用默认的WT_EXECUTEDEFAULT标志，所以每次回调都在单独的线程池线程上调度。因此，请尽可能的不要使用Mutex，应该使用最大计数为1的Semaphore。

RegisterWaitForSingleObject方法将指定的委托排队到线程池。当发生以下两种情况时，辅助线程将执行委托：

l  指定对象处于终止状态。

l  超时间隔已过期。

RegisterWaitForSingleObject方法检查指定对象的WaitHandle的当前状态。如果对象状态为非终止状态，则此方法将注册一个等待操作，该等待操作由线程池中的一个线程来执行。当对象状态变为终止或超时间隔已过期时，委托由辅助线程执行。如果 timeOutInterval参数不为0（零），并且executeOnlyOnce参数为false，则每当事件收到信号或超时间隔过期时都会重置计时器。若要取消等待操作，请调用RegisteredWaitHandle.Unregister方法。

等待线程使用Win32的WaitForMultipleObjects函数来监视已注册的等待操作。因此，如果必须在对RegisterWaitForSingleObject的多次调用中使用相同的本机操作系统句柄，则必须使用Win32的DuplicateHandle函数重复该句柄。这里要注意的是，不应为传递到RegisterWaitForSingleObject的事件对象发出脉冲，这是因为等待线程在重置前可能不会检测到该事件已终止。

返回前，函数将修改某些类型的同步对象的状态。修改仅发生在其终止状态满足等待条件的对象上。例如，信号量计数减少一。

下面通过一个简单的例子，来说明一下如何使用RegisterWaitForSingleObject方法对线程池进行相应的操作。代码如下：

  示例    线程池的应用

本示例通过注册正在等待的WaitHandle委托，对线程池进行操作。代码如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
namespace _01_04
{
    class Program
    {
        public class TaskInfo//定义一个类
        {
            public RegisteredWaitHandle Handle = null;//定义一个句柄变量
            public string OtherInfo = "default";//定义一个字符串
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            AutoResetEvent ev = new AutoResetEvent(false);//实例化等待线程已发生的事件，将初始状态设置为非终止
            TaskInfo ti = new TaskInfo();//实例化类
            ti.OtherInfo = "First task";//记录文本信息
            ti.Handle = ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(
                ev,//要进行注册的WaitHandle类型
                new WaitOrTimerCallback(WaitProc),//当WaitHandle超时或终止时要调用的方法
                ti,//传递给委托对象的值
                1000,//设置超时间隔
                false//表示每次完成等待操作后都重置计时器，直到注销等待
            );//注册一个等待的委托
            Thread.Sleep(3100);//将主线程挂起
            Console.WriteLine("执行主线程");
            ev.Set();//将WaitHandle设置为终止
            Console.WriteLine("将等待线程已发生的事件设置为终止");
            Console.ReadLine();
        }
        //state：一个对象，包含回调方法在每次执行时要使用的信息
        //timedOut：如果 WaitHandle 超时，则为 true；如果其终止，则为 false。
        public static void WaitProc(object state, bool timedOut)
        {
            TaskInfo ti = (TaskInfo)state;
            if (!timedOut)//当WaitHandle为终止时
            {
                if (ti.Handle != null)//如果委托对象的句柄不为空
                    ti.Handle.Unregister(null);//取消RegisterWaitForSingleObject方法所发出的已注册等待操作
            }
            string StrTime = timedOut ? " WaitHandle 超时" : "终止";
            Console.WriteLine("当前执行所使用的信息：" + state.ToString() + "；  " + StrTime + "；  传递给委托的对象：" + ti.OtherInfo);

        }
    }
}

运行结果如下图所示。

 

图  RegisterWaitForSingleObject方法的应用

在上图可以看出，在上例并没有使用for等循环语句执行线程池（ThreadPool）中的RegisterWaitForSingleObject方法，但它却执行了3次，这是为什么呢？其主要原因是将RegisterWaitForSingleObject方法中的ExecuteOnlyOnce参数设置为false（如果将其设置为true，调用了委托后，线程将不在waitObject参数上等待，也就是只执行一次），它表示每次完成等待操作后都重置计时器，直到取消由RegisterWaitForSingleObject方法发出的已经注册等待的操作，主要是用State参数来实现的，为了可以在该参数中记录所传递的委托对象，事先必须要定义一个类，在类中定义两个全局变量，用于记录委托的信息，以及本机的句柄。其类的定义如下：

public class TaskInfo//定义一个类
{
    public RegisteredWaitHandle Handle = null;//定义一个句柄变量
    public string OtherInfo = "default";//定义一个字符串
}

然后通过自定义类的Handle变量记录本机句柄，用OtherInfo变量记录委托信息，如果想要取消RegisterWaitForSingleObject方法所发出的已注册的等待操作，可以用Handle变量的Unregister(null)方法取消注册。

为了读者能更好的定义RegisterWaitForSingleObject方法所执行的自定义事件，下面对RegisterWaitForSingleObject方法中CallBack参数所调用的方法进行说明，CallBack参数是WaitHandle类型的，主要是当WaitHandle超时或终止时所调用的方法，其语法结构为：

[ComVisibleAttribute(true)]
public delegate void WaitOrTimerCallback(Object state,bool timedOut)

参数说明：

state：Object类型，一个对象，包含回调方法在每次执行时要使用的信息。

TimedOut：Boolean类型，如果WaitHandle超时，则为true；如果其终止，则为false。

通过以上语法，用户可自定义一个方法，用于线程池的调用，代码如下：

public static void WaitProc(object state, bool timedOut)
{

}