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  • C#多线程学习(四) 多线程的自动管理(线程池)

    在多线程的程序中,经常会出现两种情况:

    一种情况:   应用程序中,线程把大部分的时间花费在等待状态,等待某个事件发生,然后才能给予响应
                      这一般使用ThreadPool(线程池)来解决;

    另一种情况:线程平时都处于休眠状态,只是周期性地被唤醒
                      这一般使用Timer(定时器)来解决;

    ThreadPool类提供一个由系统维护的线程池(可以看作一个线程的容器),该容器需要 Windows 2000 以上系统支持,因为其中某些方法调用了只有高版本的Windows才有的API函数。

    将线程安放在线程池里,需使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法,该方法的原型如下:

    //将一个线程放进线程池,该线程的Start()方法将调用WaitCallback代理对象代表的函数
    public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);

    //重载的方法如下,参数object将传递给WaitCallback所代表的方法
    public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);

    注意:
    ThreadPool类是一个静态类,你不能也不必要生成它的对象。而且一旦使用该方法在线程池中添加了一个项目,那么该项目将是无法取消的。

    在这里你无需自己建立线程,只需把你要做的工作写成函数,然后作为参数传递给ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了,传递的方法就是依靠WaitCallback代理对象,而线程的建立、管理、运行等工作都是由系统自动完成的,你无须考虑那些复杂的细节问题。

    ThreadPool 的用法:
    首先程序创建了一个ManualResetEvent对象,该对象就像一个信号灯,可以利用它的信号来通知其它线程。
    本例中,当线程池中所有线程工作都完成以后,ManualResetEvent对象将被设置为有信号,从而通知主线程继续运行。

    ManualResetEvent对象有几个重要的方法:
    初始化该对象时,用户可以指定其默认的状态(有信号/无信号);
    在初始化以后,该对象将保持原来的状态不变,直到它的Reset()或者Set()方法被调用:
    Reset()方法:将其设置为无信号状态;
    Set()方法:将其设置为有信号状态。
    WaitOne()方法:使当前线程挂起,直到ManualResetEvent对象处于有信号状态,此时该线程将被激活。然后,程序将向线程池中添加工作项,这些以函数形式提供的工作项被系统用来初始化自动建立的线程。当所有的线程都运行完了以后,ManualResetEvent.Set()方法被调用,因为调用了ManualResetEvent.WaitOne()方法而处在等待状态的主线程将接收到这个信号,于是它接着往下执行,完成后边的工作。

    ThreadPool 的用法示例:

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

    namespace ThreadExample
    {
        //这是用来保存信息的数据结构,将作为参数被传递
        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;
      }

      //线程池里的线程将调用Beta()方法
      public void Beta(Object state)
      {
          //输出当前线程的hash编码值和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) 
          {
            //如果当前的Hash表中没有当前线程的Hash值,则添加之
            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()操作是一个原子操作,具体请看下面说明
              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;//允许线程池中运行最多10个线程
                    //新建ManualResetEvent对象并且初始化为无信号状态
                    ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);
                    Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);
                    Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount); 
                    //创建工作项
                    //注意初始化oAlpha对象的eventX属性
                    oAlpha.eventX = eventX;
                    Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");
                    try
                    {
                        //将工作项装入线程池 
                        //这里要用到Windows 2000以上版本才有的API,所以可能出现NotSupportException异常
                        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)//如果当前系统支持ThreadPool的方法.
                    {
                        for (int iItem=1;iItem < MaxCount;iItem++)
                        {
                            //插入队列元素
                            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,即线程调用ManualResetEvent.Set()方法
                        eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true);
                        //WaitOne()方法使调用它的线程等待直到eventX.Set()方法被调用
                        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;
                }
            }
        }

    }

    程序中应该引起注意的地方:
    SomeState类是一个保存信息的数据结构,它在程序中作为参数被传递给每一个线程,因为你需要把一些有用的信息封装起来提供给线程,而这种方式是非常有效的。
    程序出现的InterLocked类也是专为多线程程序而存在的,它提供了一些有用的原子操作。

    原子操作:就是在多线程程序中,如果这个线程调用这个操作修改一个变量,那么其他线程就不能修改这个变量了,这跟lock关键字在本质上是一样的。


    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


    我们应该彻底地分析上面的程序,把握住线程池的本质,理解它存在的意义是什么,这样才能得心应手地使用它。

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