C# 多线程（3）——线程池

文章目录

- - [1 定义](#1 定义)
  - [2 线程池使用](#2 线程池使用)
  - [3 安全取消线程池中任务](#3 安全取消线程池中任务)

1 定义

线程是计算机宝贵的资源，频繁的创建和销毁线程将会大量的占用计算机资源（为每个线程单独分配内存空间，并且多线程下的CPU时间片的切换也会耗费一定的时间）。为了充分利用硬件资源以及避免线程过多的创建和销毁，可用利用线程池 \textcolor{red}{线程池} 线程池来管理工作线程。

使用者把任务（需要执行的代码）交给线程池，也就是加入线程池的任务队列 \textcolor{red}{任务队列} 任务队列，工作线程完成之前的任务后，就继续从队列中取任务执行。如果没有工作线程空闲，而队列中还有任务，线程池就可能会创建新的工作线程来处理任务。而如果工作线程空闲太久，就会被销毁，并释放占用的资源。

.Net线程池是这个这个概念的实现，可以通过System.Threading.ThreadPool类来使用线程池。

一般的原则是：短时间的和少量并发的任务可以交给线程池，而长时间或大量并发的任务最好自己处理，来达到更好的效果。

如非必须，不要手动设置线程池的最小线程数和最大线程数，CLR会自动的进行线程池的扩张和收缩，手动干预往往让性能更差。

值得注意的是，线程池中的线程都是后台线程，当所有的前台线程全部结束时。后台线程也跟着结束。

2 线程池使用

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//1 将异步方法加入到任务队列中。当线程池的工作线程可用时，使用工作线程去执行该异步方法
//2 异步方法成功加入到任务队列中时，返回true，超过任务队列长度时，将抛出System.NotSupportedException异常     
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack){}

public delegate void WaitCallback(object state);

查看方法定义可知，ThreadPool中有一个静态类 Q u e u e U s e r W o r k I t e m \textcolor{red}{QueueUserWorkItem} QueueUserWorkItem ,调用该方法能将任务直接加入到线程池的任务队列中。任务的执行将交由线程池中的线程来执行。该方法接收一个类型为 W a i t C a l l b a c k \textcolor{red}{WaitCallback} WaitCallback委托参数，通常将需要执行的代码封装到这个委托方法中。还可以使用 l a m d a \textcolor{red}{lamda} lamda表达式的方式去传递异步方法。
在目标代码中需要显式地处理异常，否则未处理的异常会令程序结束 \textcolor{red}{在目标代码中需要显式地处理异常，否则未处理的异常会令程序结束} 在目标代码中需要显式地处理异常，否则未处理的异常会令程序结束。

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        static void Main(string[] args)
        {
            //定义一个异步方法
            void AsyncOperation(Object state)
            {

                Console.OutputEncoding = Encoding.UTF8;
                Console.WriteLine("OperationState {0}", state ?? "null");
                Console.WriteLine("当前工作线程id{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            }


            //Console.WriteLine("此计算机处理器数量：" + Environment.ProcessorCount);
            //ThreadPool是受CLR管理的
            //可以通过静态方法QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack)向线程池中的工作队列放入工作
            //public delegate void WaitCallback(object state)
            //其中 state 是一个对象，其中包含委托要使用的数据。 可以通过调用 QueueUserWorkItem(WaitCallback, Object) 方法将实际数据传递给委托。
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(AsyncOperation);

            ThreadPool.QueueUserWorkItem(AsyncOperation,"state_1");


            //使用lamda表达式，将异步方法加入到线程池中 。与ThreadPool.QueueUserWorkItem(AsyncOperation) 方法等价
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
            {
                Console.OutputEncoding = Encoding.UTF8;
                Console.WriteLine("OperationState {0}", state ?? "null");
                Console.WriteLine("当前工作线程id{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));

            });


            ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
            {
                Console.OutputEncoding = Encoding.UTF8;
                Console.WriteLine("OperationState {0}", state ?? "null");
                Console.WriteLine("当前工作线程id{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));

            },"lamda_state_1");

            Console.ReadKey();
        }

3 安全取消线程池中任务

当加入到线程池的工作任务由于编码错误，可能会导致线程被卡住，导致无限期的等待（超时请求）；这种情况下需要一种机制去取消线程池的任务。线程池支持实现一个协作（ c o o p e r a t i v e ） \textcolor{red}{协作（cooperative ）} 协作（cooperative）模式，来安全地取消线程池中任务的执行。这里需要用到 C a n c e l l a t i o n T o k e n S o u r c e 、 C a n c e l l a t i o n T o k e n 类 \textcolor{red}{CancellationTokenSource、CancellationToken 类} CancellationTokenSource、CancellationToken类。CancellationToken 是用于获得提前终止执行的型号。

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 static void Main(string[] args)
        {
            Console.OutputEncoding = Encoding.Unicode;
            void AsyncOperation1(CancellationToken token)
            {
                Console.WriteLine("启动第一个任务. 时间为{0}",DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                   
                    //判断任务是否取消
                    if (token.IsCancellationRequested)
                    {
                        Console.WriteLine("取消第一个任务. 时间为{0}", DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
                        return; //结束任务
                    }
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
                Console.WriteLine("第一个任务运行完成.");
            }



           void AsyncOperation2(CancellationToken token) {
                try
                {
                    Console.WriteLine("启动第二个任务. 时间为{0}", DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
                    for (int i = 0; i < 5; i++)
                    {
                        
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                        //手动抛出异常ThrowIfCancellationRequested。只有在发出了取消请求时，异常才会被抛出
                        token.ThrowIfCancellationRequested();
                    }
                    Console.WriteLine("第二个任务运行完成.");
                }
                catch (OperationCanceledException e) {
                    //捕获OperationCanceledException异常，额外处理终止逻辑
                    Console.WriteLine("捕获异常,取消第二个任务. 时间为{0}", DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));

                }

            }

            using (var cts = new CancellationTokenSource())
            {
                CancellationToken token = cts.Token;
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(_=>AsyncOperation1(token));
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
                cts.Cancel(); //休眠2s后取消异步操作
            }

             using (var cts = new CancellationTokenSource())
            {
                CancellationToken token = cts.Token;
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => AsyncOperation2(token));
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
                cts.Cancel(); //休眠2s后取消异步操作
            }

            Console.ReadKey();
        }

在上述代码中，有两种方式来实现任务的中断。

通过实现轮训检验CancellationToken 的IsCancellationRequested属性来判断是否需要加入到线程池中的工作任务。如果该属性为true时，则说明操作需要被取消。第二种方式是捕获一个OperationCanceledException 异常，允许在异常处理中去终止任务的运行。