C#多線程系列之線程池
線程池
線程池全稱為托管線程池,線程池受 .NET 通用語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)(CLR)管理,線程的生命周期由 CLR 處理,因此我們可以專注于實(shí)現(xiàn)任務(wù),而不需要理會(huì)線程管理。
線程池的應(yīng)用場(chǎng)景:任務(wù)并行庫(kù) (TPL)操作、異步 I/O 完成、計(jì)時(shí)器回調(diào)、注冊(cè)的等待操作、使用委托的異步方法調(diào)用和套接字連接。
很多人不清楚 Task、Task<TResult> 原理,原因是沒(méi)有好好了解線程池。
ThreadPool 常用屬性和方法
屬性:
屬性 | 說(shuō)明 |
---|---|
CompletedWorkItemCount | 獲取迄今為止已處理的工作項(xiàng)數(shù)。 |
PendingWorkItemCount | 獲取當(dāng)前已加入處理隊(duì)列的工作項(xiàng)數(shù)。 |
ThreadCount | 獲取當(dāng)前存在的線程池線程數(shù)。 |
方法:
方法 | 說(shuō)明 |
---|---|
BindHandle(IntPtr) | 將操作系統(tǒng)句柄綁定到 ThreadPool。 |
BindHandle(SafeHandle) | 將操作系統(tǒng)句柄綁定到 ThreadPool。 |
GetAvailableThreads(Int32, Int32) | 檢索由 GetMaxThreads(Int32, Int32) 方法返回的最大線程池線程數(shù)和當(dāng)前活動(dòng)線程數(shù)之間的差值。 |
GetMaxThreads(Int32, Int32) | 檢索可以同時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)的線程池請(qǐng)求的數(shù)目。 所有大于此數(shù)目的請(qǐng)求將保持排隊(duì)狀態(tài),直到線程池線程變?yōu)榭捎谩?/td> |
GetMinThreads(Int32, Int32) | 發(fā)出新的請(qǐng)求時(shí),在切換到管理線程創(chuàng)建和銷毀的算法之前檢索線程池按需創(chuàng)建的線程的最小數(shù)量。 |
QueueUserWorkItem(WaitCallback) | 將方法排入隊(duì)列以便執(zhí)行。 此方法在有線程池線程變得可用時(shí)執(zhí)行。 |
QueueUserWorkItem(WaitCallback, Object) | 將方法排入隊(duì)列以便執(zhí)行,并指定包含該方法所用數(shù)據(jù)的對(duì)象。 此方法在有線程池線程變得可用時(shí)執(zhí)行。 |
QueueUserWorkItem(Action, TState, Boolean) | 將 Action 委托指定的方法排入隊(duì)列以便執(zhí)行,并提供該方法使用的數(shù)據(jù)。 此方法在有線程池線程變得可用時(shí)執(zhí)行。 |
RegisterWaitForSingleObject(WaitHandle, WaitOrTimerCallback, Object, Int32, Boolean) | 注冊(cè)一個(gè)等待 WaitHandle 的委托,并指定一個(gè) 32 位有符號(hào)整數(shù)來(lái)表示超時(shí)值(以毫秒為單位)。 |
SetMaxThreads(Int32, Int32) | 設(shè)置可以同時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)的線程池的請(qǐng)求數(shù)目。 所有大于此數(shù)目的請(qǐng)求將保持排隊(duì)狀態(tài),直到線程池線程變?yōu)榭捎谩?/td> |
SetMinThreads(Int32, Int32) | 發(fā)出新的請(qǐng)求時(shí),在切換到管理線程創(chuàng)建和銷毀的算法之前設(shè)置線程池按需創(chuàng)建的線程的最小數(shù)量。 |
UnsafeQueueNativeOverlapped(NativeOverlapped) | 將重疊的 I/O 操作排隊(duì)以便執(zhí)行。 |
UnsafeQueueUserWorkItem(IThreadPoolWorkItem, Boolean) | 將指定的工作項(xiàng)對(duì)象排隊(duì)到線程池。 |
UnsafeQueueUserWorkItem(WaitCallback, Object) | 將指定的委托排隊(duì)到線程池,但不會(huì)將調(diào)用堆棧傳播到輔助線程。 |
UnsafeRegisterWaitForSingleObject(WaitHandle, WaitOrTimerCallback, Object, Int32, Boolean) | 注冊(cè)一個(gè)等待 WaitHandle 的委托,并使用一個(gè) 32 位帶符號(hào)整數(shù)來(lái)表示超時(shí)時(shí)間(以毫秒為單位)。 此方法不將調(diào)用堆棧傳播到輔助線程。 |
線程池說(shuō)明和示例
通過(guò) System.Threading.ThreadPool
類,我們可以使用線程池。
ThreadPool 類是靜態(tài)類,它提供一個(gè)線程池,該線程池可用于執(zhí)行任務(wù)、發(fā)送工作項(xiàng)、處理異步 I/O、代表其他線程等待以及處理計(jì)時(shí)器。
理論的東西這里不會(huì)說(shuō)太多,你可以參考官方文檔地址:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.threadpool?view=netcore-3.1
ThreadPool 有一個(gè) QueueUserWorkItem()
方法,該方法接受一個(gè)代表用戶異步操作的委托(名為 WaitCallback ),調(diào)用此方法傳入委托后,就會(huì)進(jìn)入線程池內(nèi)部隊(duì)列中。
WaitCallback 委托的定義如下:
public delegate void WaitCallback(object state);
現(xiàn)在我們來(lái)寫一個(gè)簡(jiǎn)單的線程池示例,再扯淡一下。
class Program { static void Main(string[] args) { ThreadPool.QueueUserWorkItem(MyAction); ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => { Console.WriteLine("任務(wù)已被執(zhí)行2"); }); Console.ReadKey(); } // state 表示要傳遞的參數(shù)信息,這里為 null private static void MyAction(Object state) { Console.WriteLine("任務(wù)已被執(zhí)行1"); } }
十分簡(jiǎn)單對(duì)不對(duì)~
這里有幾個(gè)要點(diǎn):
- 不要將長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的操作放進(jìn)線程池中;
- 不應(yīng)該阻塞線程池中的線程;
- 線程池中的線程都是后臺(tái)線程(又稱工作者線程);
另外,這里一定要記住 WaitCallback 這個(gè)委托。
我們觀察創(chuàng)建線程需要的時(shí)間:
static void Main() { Stopwatch watch = new Stopwatch(); watch.Start(); for (int i = 0; i < 10; i++) new Thread(() => { }).Start(); watch.Stop(); Console.WriteLine("創(chuàng)建 10 個(gè)線程需要花費(fèi)時(shí)間(毫秒):" + watch.ElapsedMilliseconds); Console.ReadKey(); }
筆者電腦測(cè)試結(jié)果大約 160。
線程池線程數(shù)
線程池中的 SetMinThreads()
和 SetMaxThreads()
可以設(shè)置線程池工作的最小和最大線程數(shù)。其定義分別如下:
// 設(shè)置線程池最小工作線程數(shù)線程 public static bool SetMinThreads (int workerThreads, int completionPortThreads);
// 獲取 public static void GetMinThreads (out int workerThreads, out int completionPortThreads);
workerThreads:要由線程池根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建的新的最小工作程序線程數(shù)。
completionPortThreads:要由線程池根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建的新的最小空閑異步 I/O 線程數(shù)。
SetMinThreads()
的返回值代表是否設(shè)置成功。
// 設(shè)置線程池最大工作線程數(shù) public static bool SetMaxThreads (int workerThreads, int completionPortThreads);
// 獲取 public static void GetMaxThreads (out int workerThreads, out int completionPortThreads);
workerThreads:線程池中輔助線程的最大數(shù)目。
completionPortThreads:線程池中異步 I/O 線程的最大數(shù)目。
SetMaxThreads()
的返回值代表是否設(shè)置成功。
這里就不給出示例了,不過(guò)我們也看到了上面出現(xiàn) 異步 I/O 線程
這個(gè)關(guān)鍵詞,下面會(huì)學(xué)習(xí)到相關(guān)知識(shí)。
線程池線程數(shù)說(shuō)明
關(guān)于最大最小線程數(shù),這里有一些知識(shí)需要說(shuō)明。在此前,我們來(lái)寫一個(gè)示例:
class Program { static void Main(string[] args) { // 不斷加入任務(wù) for (int i = 0; i < 8; i++) ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => { Thread.Sleep(100); Console.WriteLine(""); }); for (int i = 0; i < 8; i++) ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => { Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); Console.WriteLine(""); }); Console.WriteLine(" 此計(jì)算機(jī)處理器數(shù)量:" + Environment.ProcessorCount); // 工作項(xiàng)、任務(wù)代表同一個(gè)意思 Console.WriteLine(" 當(dāng)前線程池存在線程數(shù):" + ThreadPool.ThreadCount); Console.WriteLine(" 當(dāng)前已處理的工作項(xiàng)數(shù):" + ThreadPool.CompletedWorkItemCount); Console.WriteLine(" 當(dāng)前已加入處理隊(duì)列的工作項(xiàng)數(shù):" + ThreadPool.PendingWorkItemCount); int count; int ioCount; ThreadPool.GetMinThreads(out count, out ioCount); Console.WriteLine($" 默認(rèn)最小輔助線程數(shù):{count},默認(rèn)最小異步IO線程數(shù):{ioCount}"); ThreadPool.GetMaxThreads(out count, out ioCount); Console.WriteLine($" 默認(rèn)最大輔助線程數(shù):{count},默認(rèn)最大異步IO線程數(shù):{ioCount}"); Console.ReadKey(); } }
運(yùn)行后,筆者電腦輸出結(jié)果(我們的運(yùn)行結(jié)果可能不一樣):
此計(jì)算機(jī)處理器數(shù)量:8 當(dāng)前線程池存在線程數(shù):8 當(dāng)前已處理的工作項(xiàng)數(shù):2 當(dāng)前已加入處理隊(duì)列的工作項(xiàng)數(shù):8 默認(rèn)最小輔助線程數(shù):8,默認(rèn)最小異步IO線程數(shù):8 默認(rèn)最大輔助線程數(shù):32767,默認(rèn)最大異步IO線程數(shù):1000
我們結(jié)合運(yùn)行結(jié)果,來(lái)了解一些知識(shí)點(diǎn)。
線程池最小線程數(shù),默認(rèn)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)處理器數(shù)量。另外我們也看到了。當(dāng)前線程池存在線程數(shù)為 8 ,因?yàn)榫€程池創(chuàng)建后,無(wú)論有沒(méi)有任務(wù),都有 8 個(gè)線程存活。
如果將線程池最小數(shù)設(shè)置得過(guò)大(SetMinThreads()
),會(huì)導(dǎo)致任務(wù)切換開(kāi)銷變大,消耗更多得性能資源。
如果設(shè)置得最小值小于處理器數(shù)量,則也可能會(huì)影響性能。
Environment.ProcessorCount 可以確定當(dāng)前計(jì)算機(jī)上有多少個(gè)處理器數(shù)量(例如CPU是四核八線程,結(jié)果就是八)。
SetMaxThreads()
設(shè)置的最大工作線程數(shù)或 I/O 線程數(shù),不能小于 SetMinThreads()
設(shè)置的最小工作線程數(shù)或 I/O 線程數(shù)。
設(shè)置線程數(shù)過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致任務(wù)切換開(kāi)銷變大,消耗更多得性能資源。
如果加入的任務(wù)大于設(shè)置的最大線程數(shù),那么將會(huì)進(jìn)入等待隊(duì)列。
不能將工作線程或 I/O 完成線程的最大數(shù)目設(shè)置為小于計(jì)算機(jī)上的處理器數(shù)。
不支持的線程池異步委托
扯淡了這么久,我們從設(shè)置線程數(shù)中,發(fā)現(xiàn)有個(gè) I/O 異步線程數(shù),這個(gè)線程數(shù)限制的是執(zhí)行異步委托的線程數(shù)量,這正是本節(jié)要介紹的。
異步編程模型(Asynchronous Programming Model,簡(jiǎn)稱 APM),在日常擼碼中,我們可以使用 async
、await
和Task
一把梭了事。
.NET Core 不再使用 BeginInvoke
這種模式。你可以跟著筆者一起踩坑先。
筆者在看書的時(shí)候,寫了這個(gè)示例:
很多地方也在使用這種形式的示例,但是在 .NET Core 中用不了,只能在 .NET Fx 使用。。。
class Program { private delegate string MyAsyncDelete(out int thisThreadId); static void Main(string[] args) { int threadId; // 不是異步調(diào)用 MyMethodAsync(out threadId); // 創(chuàng)建自定義的委托 MyAsyncDelete myAsync = MyMethodAsync; // 初始化異步的委托 IAsyncResult result = myAsync.BeginInvoke(out threadId, null, null); // 當(dāng)前線程等待異步完成任務(wù),也可以去掉 result.AsyncWaitHandle.WaitOne(); Console.WriteLine("異步執(zhí)行"); // 檢索異步執(zhí)行結(jié)果 string returnValue = myAsync.EndInvoke(out threadId, result); // 關(guān)閉 result.AsyncWaitHandle.Close(); Console.WriteLine("異步處理結(jié)果:" + returnValue); } private static string MyMethodAsync(out int threadId) { // 獲取當(dāng)前線程在托管線程池的唯一標(biāo)識(shí) threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId; // 模擬工作請(qǐng)求 Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(new Random().Next(1, 5))); // 返回工作完成結(jié)果 return "喜歡我的讀者可以關(guān)注筆者的博客歐~"; } }
目前百度到的很多文章也是 .NET FX 時(shí)代的代碼了,要注意 C# 在版本迭代中,對(duì)異步這些 API ,做了很多修改,不要看別人的文章,學(xué)完后才發(fā)現(xiàn)不能在 .NET Core 中使用(例如我... ...),浪費(fèi)時(shí)間。
上面這個(gè)代碼示例,也從側(cè)面說(shuō)明了,以往 .NET Fx (C# 5.0 以前)中使用異步是很麻煩的。
.NET Core 是不支持異步委托的,具體可以看 https://github.com/dotnet/runtime/issues/16312
官網(wǎng)文檔明明說(shuō)支持的https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.iasyncresult?view=netcore-3.1#examples,而且示例也是這樣,搞了這么久,居然不行,我等下一刀過(guò)去。
關(guān)于為什么不支持,可以看這里:https://devblogs.microsoft.com/dotnet/migrating-delegate-begininvoke-calls-for-net-core/
不支持就算了,我們跳過(guò),后面學(xué)習(xí)異步時(shí)再仔細(xì)討論。
任務(wù)取消功能
這個(gè)取消跟線程池池?zé)o關(guān)。
CancellationToken:傳播有關(guān)應(yīng)取消操作的通知。
CancellationTokenSource:向應(yīng)該被取消的 CancellationToken 發(fā)送信號(hào)。
兩者關(guān)系如下:
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); CancellationToken token = cts.Token;
這個(gè)取消,在于信號(hào)的發(fā)生和信號(hào)的捕獲,任務(wù)的取消不是實(shí)時(shí)的。
示例代碼如下:
CancellationTokenSource 實(shí)例化一個(gè)取消標(biāo)記,然后傳遞 CancellationToken 進(jìn)去;
被啟動(dòng)的線程,每個(gè)階段都判斷 .IsCancellationRequested
,然后確定是否停止運(yùn)行。這取決于線程的自覺(jué)性。
class Program { static void Main() { CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); Console.WriteLine("按下回車鍵,將取消任務(wù)"); new Thread(() => { CanceTask(cts.Token); }).Start(); new Thread(() => { CanceTask(cts.Token); }).Start(); Console.ReadKey(); // 取消執(zhí)行 cts.Cancel(); Console.WriteLine("完成"); Console.ReadKey(); } private static void CanceTask(CancellationToken token) { Console.WriteLine("第一階段"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); if (token.IsCancellationRequested) return; Console.WriteLine("第二階段"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); if (token.IsCancellationRequested) return; Console.WriteLine("第三階段"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); if (token.IsCancellationRequested) return; Console.WriteLine("第四階段"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); if (token.IsCancellationRequested) return; Console.WriteLine("第五階段"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); if (token.IsCancellationRequested) return; } }
這個(gè)取消標(biāo)記,在前面的很多同步方式中,都用的上。
計(jì)時(shí)器
常用的定時(shí)器有兩種,分別是:System.Timers.Timer 和 System.Thread.Timer。
System.Threading.Timer
是一個(gè)普通的計(jì)時(shí)器,它是線程池中的線程中。
System.Timers.Timer
包裝了System.Threading.Timer
,并提供了一些用于在特定線程上分派的其他功能。
什么線程安全不安全。。。俺不懂這個(gè)。。。不過(guò)你可以參考https://stackoverflow.com/questions/19577296/thread-safety-of-system-timers-timer-vs-system-threading-timer
如果你想認(rèn)真區(qū)分兩者的關(guān)系,可以查看:https://web.archive.org/web/20150329101415/https://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc164015.aspx
兩者主要使用區(qū)別:
- System.Timers.Timer,它會(huì)定期觸發(fā)一個(gè)事件并在一個(gè)或多個(gè)事件接收器中執(zhí)行代碼。
- System.Threading.Timer,它定期在線程池線程上執(zhí)行一個(gè)回調(diào)方法。
大多數(shù)情況下使用 System.Threading.Timer,因?yàn)樗容^“輕”,另外就是 .NET Core 1.0 時(shí),System.Timers.Timer
被取消了,NET Core 2.0 時(shí)又回來(lái)了。主要是為了 .NET FX 和 .NET Core 遷移方便,才加上去的。所以,你懂我的意思吧。
System.Threading.Timer 其中一個(gè)構(gòu)造函數(shù)定義如下:
public Timer (System.Threading.TimerCallback callback, object state, uint dueTime, uint period);
callback:要定時(shí)執(zhí)行的方法;
state:要傳遞給線程的信息(參數(shù));
dueTime:延遲時(shí)間,避免一創(chuàng)建計(jì)時(shí)器,馬上開(kāi)始執(zhí)行方法;
period:設(shè)置定時(shí)執(zhí)行方法的時(shí)間間隔;
計(jì)時(shí)器示例:
class Program { static void Main() { Timer timer = new Timer(TimeTask,null,100,1000); Console.ReadKey(); } // public delegate void TimerCallback(object? state); private static void TimeTask(object state) { Console.WriteLine("www.whuanle.cn"); } }
Timer 有不少方法,但不常用,可以查看官方文檔:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.timer?view=netcore-3.1#methods
到此這篇關(guān)于C#多線程系列之線程池的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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