多线程（线程池:ThreadPool）-C#

Posted 2021-04-06 全栈黑科技

线程池(ThreadPool)

• 一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。 例如，线程数一般取cpu数量+2比较合适，线程数过多会导致额外的线程切换开销。

• 任务调度以执行线程的常见方法是使用同步队列，称作任务队列。池中的线程等待队列中的任务，并把执行完的任务放入完成队列中。

缘由

产生 线程池的历史原因是为了更好的管理线程，而管理线程开销最好的方式如下：

1. 尽量少的创建线程并且能将线程反复利用(线程池初始化时没有线程，有程序请求线程则创建线程)；

2. 最好不要销毁而是挂起线程达到避免性能损失(线程池创建的线程完成任务后以挂起状态回到线程池中，等待下次请求)；

3. 通过一个技术达到让应用程序一个个执行工作，类似于一个队列(多个应用程序请求线程池，线程池会将各个应用程序排队处理)；

4. 如果某一线程长时间挂起而不工作的话，需要彻底销毁并且释放资源(线程池自动监控长时间不工作的线程，自动销毁)；

5. 如果线程不够用的话能够创建线程，并且用户可以自己定制最大线程创建的数量(当队列过长，线程池里的线程不够用时，线程池不会坐视不理)；

于是，机智的微软已经为我们想到了一切，实现了 线程池（ThreadPool）：

• CLR线程池并不会在CLR初始化时立即建立线程，而是在应用程序要创建线程来运行任务时，线程池才初始化一个线程。

• 线程池初始化时是没有线程的，线程池里的。线程的初始化与其他线程一样，但是在完成任务以后，该线程不会自行销毁，而是以挂起的状态返回到线程池。直到应用程序再次向线程池发出请求时，线程池里挂起的线程就会再度激活执行任务。

• 这样既节省了建立线程所造成的性能损耗，也可以让多个任务反复重用同一线程，从而在应用程序生存期内节约大量开销。

• 通过CLR线程池所建立的线程总是默认为后台线程，优先级数为 ThreadPriority.Normal。

• 线程池的最大值一般默认为1000、2000。当大于此数目的请求时，将保持排队状态，直到线程池里有线程可用。

工作者线程与I/O线程

CLR线程池分为工作者线程(workerThreads)与I/O线程(completionPortThreads)两种:

• 工作者线程是主要用作管理CLR内部对象的运作，通常用于计算密集的任务。

• I/O(Input/Output)线程主要用于与外部系统交互信息，如输入输出，CPU仅需在任务开始的时候，将任务的参数传递给设备，然后启动硬件设备即可。等任务完成的时候，CPU收到一个通知，一般来说是一个硬件的中断信号，此时CPU继续后继的处理工作。在处理过程中，CPU是不必完全参与处理过程的，如果正在运行的线程不交出CPU的控制权，那么线程也只能处于等待状态，即使操作系统将当前的CPU调度给其他线程，此时线程所占用的空间还是被占用，而并没有CPU处理这个线程，可能出现线程资源浪费的问题。如果这是一个网络服务程序，每一个网络连接都使用一个线程管理，可能出现大量线程都在等待网络通信，随着网络连接的不断增加，处于等待状态的线程将会很消耗尽所有的内存资源。可以考虑使用线程池解决这个问题。

.NET Framework的线程池实现

• 命名空间System.Threading中的类ThreadPool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。

 
   
   
 

  
    
    
  
public static class ThreadPool
 
   
   
 

---

多线程任务执行

将方法排入队列以便执行。 此方法在有线程池线程变得可用时执行。

 
   
   
 

  
    
    
  
#public delegate void WaitCallback(object state);
  
    
    
  
#一个委托，无返回值，一个参数
  
    
    
  
#WaitCallback：一个 System.Threading.WaitCallback，表示要执行的方法。
  
    
    
  
#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 System.OutOfMemoryException。
  
    
    
  
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack);
  
    
    
  
#state：方法所用数据的对象，可以将数据传进去
  
    
    
  
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack, object state);
 
   
   
 

获取处于活动状态的线程池请求的数目

 
   
   
 

  
    
    
  
#检索可以同时处于活动状态的线程池请求的数目。所有大于此数目的请求将保持排队状态，直到线程池线程变为可用。
  
    
    
  
#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。
  
    
    
  
public static void GetMaxThreads(out int workerThreads, out int completionPortThreads);
  
    
    
  

  
    
    
  
#检索线程池在新请求预测中维护的空闲线程数。
  
    
    
  
public static void GetMinThreads(out int workerThreads, out int completionPortThreads);
 
   
   
 

设置线程池请求的数目

 
   
   
 

  
    
    
  
#设置可以同时处于活动状态的线程池的请求数目。所有大于此数目的请求将保持排队状态，直到线程池线程变为可用。
  
    
    
  
#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。
  
    
    
  
#如果更改成功，则为 true；否则为 false。
  
    
    
  
public static bool SetMaxThreads(int workerThreads, int completionPortThreads);
  
    
    
  

  
    
    
  
#设置线程池在新请求预测中维护的空闲线程数。
  
    
    
  
public static bool SetMinThreads(int workerThreads, int completionPortThreads);
 
   
   
 

检索线程池的可用线程数

 
   
   
 

  
    
    
  
#检索由 System.Threading.ThreadPool.GetMaxThreads(System.Int32@,System.Int32@)
  
    
    
  
#方法返回的最大线程池线程数和当前活动线程数之间的差值。
  
    
    
  
#workerThreads:可用辅助线程的数目
  
    
    
  
#completionPortThreads：可用异步 I/O 线程的数目。
  
    
    
  
public static void GetAvailableThreads(out int workerThreads, out int completionPortThreads);
 
   
   
 

实例

 
   
   
 

  
    
    
  
using System;
  
    
    
  
using System.Threading;
  
    
    
  

  
    
    
  
public class Example 
  
    
    
  
{
  
    
    
  
    public static void Main() 
  
    
    
  
    {
  
    
    
  
        // Queue the task.
  
    
    
  
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadProc);
  
    
    
  
        Console.WriteLine("Main thread does some work, then sleeps.");
  
    
    
  
        Thread.Sleep(1000);
  
    
    
  

  
    
    
  
        Console.WriteLine("Main thread exits.");
  
    
    
  
    }
  
    
    
  

  
    
    
  
    // This thread procedure performs the task.
  
    
    
  
    static void ThreadProc(Object stateInfo) 
  
    
    
  
    {
  
    
    
  
        // No state object was passed to QueueUserWorkItem, so stateInfo is null.
  
    
    
  
        Console.WriteLine("Hello from the thread pool.");
  
    
    
  
    }
  
    
    
  
}