(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 demo
{

    //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。

后端开发

(三) 生产者和消费者

2021-12-1 14:03:43

后端开发

(五) 多线程的自动管理(定时器)

2021-12-1 14:46:24

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