多線程之線程池

線程池的基本概念

什么是線程池？

• ** .NET Framework的ThreadPool類提供一個線程池**
• “線程池”是可以用來在后臺執(zhí)行多個任務的線程集合
• 線程池通常用于服務器應用程序。 每個傳入請求都將分配給線程池中的一個線程，因此可以異步處理請求，而不會占用主線程，也不會延遲后續(xù)請求的處理
• 一旦池中的某個線程完成任務，它將返回到等待線程隊列中，等待被再次使用。 這種重用使應用程序可以避免為每個任務創(chuàng)建新線程的開銷
• 線程池通常具有最大線程數(shù)限制。 如果所有線程都繁忙，則額外的任務將放入隊列中，直到有線程可用時才能夠得到處理

為什么要用線程池？

• 線程是非常消耗資源的，如果我們每次需要子線程來執(zhí)行任務，就去創(chuàng)建一個新的線程，那當我們執(zhí)行1千次1萬次甚至是100萬次的時候，那么電腦的資源消耗就非常嚴重，甚至承受不了
• 線程池可以避免大量的創(chuàng)建和銷毀的開支，具有更好的性能和穩(wěn)定性
• 開發(fā)人員把線程交給系統(tǒng)管理，可以集中精力處理其他任務

前臺線程&后臺線程

• 前臺線程： 當程序運行起來后，主線程已經(jīng)運行結(jié)束了，但是程序卻沒有停止，子線程依然在運行
• 后臺線程： 只要主線程和所有的前臺線程執(zhí)行結(jié)束，就算后臺線程的任務還沒完成，也會強行打斷直接退出
• 特點： 后臺適用于不太重要的任務，即被中斷了也沒事的。 前臺線程適用于比較重要的任務，必須等任務執(zhí)行完程序才能關(guān)閉
• ThreadPool 線程池中的線程都是 后臺線程

線程池的使用

設(shè)置線程池大小

• ThreadPool.SetMaxThreads (int workerThreads,int completionPortThreads)
• ThreadPool.SetMinThreads (int workerThreads,int completionPortThreads)
• 參數(shù)解析：
  • completionPortThreads：線程池中異步 I/O 線程的數(shù)目 （I/O 完成線程）
  • workerThreads：線程池中輔助線程的數(shù)目**（工作線程）**
• 對于以上兩個參數(shù)的解釋，摘自網(wǎng)絡(luò)其它博客：

  • 主要用來完成 輸入和輸出的工作 ，在這種情況下， 計算機需要I/O設(shè)備完成輸入和輸出的任務。在處理過程中， CPU是不需要參與處理過程的 ， 此時正在運行的線程將處于等待狀態(tài) ， 只有等任務完成后才會有事可做 ， 這樣就造成線程資源浪費的問題。為了解決這樣的問題，可以通過線程池來解決這樣的問題，讓線程池來管理線程

  • .NET中的一些API方法，通過APM（異步編程模式），內(nèi)部實現(xiàn)了ThreadPool.BindHandle方法。BeginXXX方法將用戶的回調(diào)委托送到某個設(shè)備驅(qū)動程序，然后返回線程池。

    當做完成后，OS會通過IOCP提醒CLR它工作已經(jīng)完成，當接收到通知后，I/O線程會醒來并且運行用戶的回調(diào)

  • 所以工作線程由開發(fā)人員調(diào)用， I/O線程由CLR調(diào)用 。所以通常情況下，開發(fā)者并不會直接用到它。因此可以認為， 工作者線程和I/O線程沒有區(qū)別，它們都是普通的線程 ， 但是CLR線程池中區(qū)分它們的目的是為了避免線程都去處理I/O回調(diào)而被耗盡，從而引發(fā)死鎖 。（設(shè)想，所有的工作者線程每一個都去等待I/O異步完成。）

  • 用來完成一些 計算的任務 ，在任務執(zhí)行的過程中，需要 CPU不間斷地處理 ，所以，在工作者線程的執(zhí)行過程中，CPU和線程的資源是充分利用的

  • .NET中的術(shù)語工作者線程指的是任何線程而不是僅僅主線程

  • 工作者線程

  • I/O線程

啟動線程任務使用： QueueUserWorkItem()方法

• static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack)：參數(shù)為一個帶一個object類型參數(shù)的委托，最后返回bool值成功則返回true

class ThreadPoolTest
{
  static void Main()
  {
    Console.WriteLine("啟動多線程...");
    for(int i = 0; i <10; i++)
    {
      ThreadPool.QueueUserWorkItem( p => printStr("當前線程") );
    }
    Console.WriteLine("結(jié)束多線程...");
    Console.ReadKey();
  }


  private static void printStr(string str)
  {
    Console.WriteLine("{0}是：{1}", str, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  }
}

輸出結(jié)果， 可以看到有很多線程ID是重復的，這就是線程池的強大之處了

啟動多線程...
結(jié)束多線程...
當前線程是：8
當前線程是：6
當前線程是：10
當前線程是：9
當前線程是：7
當前線程是：11
當前線程是：12
當前線程是：9
當前線程是：6
當前線程是：10

查看最大/最小線程數(shù) && 設(shè)置最大/最小線程數(shù)

class ThreadPoolTest
{
  static void Main()
  {
    // 獲取默認的線程池中的最大,最小線程數(shù)
    ThreadPool.GetMaxThreads(out int maxWorkerThreads, out int maxCompletionPortThreads);
    Console.WriteLine("最大線程數(shù),工作線程：{0}, IO線程數(shù):{1}", maxWorkerThreads, maxCompletionPortThreads);
    ThreadPool.GetMinThreads(out int minWorkerThreads, out int minCompletionPortThreads);
    Console.WriteLine("最小線程數(shù),工作線程：{0}, IO線程數(shù):{1}", minWorkerThreads, minCompletionPortThreads);


    // 重新設(shè)置最大、最小線程數(shù)
    ThreadPool.SetMaxThreads(10, 10);
    ThreadPool.SetMinThreads(3, 3);
    // 獲取默認的線程池中的最大,最小線程數(shù)
    ThreadPool.GetMaxThreads(out int newMaxWorkThread, out int newMaxIOThread);
    Console.WriteLine("重新設(shè)置后的最大線程數(shù),工作線程：{0}, IO線程數(shù):{1}", newMaxWorkThread, newMaxIOThread);
    ThreadPool.GetMinThreads(out int newMinWorkThread, out int newMinIOThread);
    Console.WriteLine("重新設(shè)置后的最小線程數(shù),工作線程：{0}, IO線程數(shù):{1}", newMinWorkThread, newMinIOThread);




    Console.WriteLine("啟動多線程...");
    for(int i = 0; i <10; i++)
    {
      ThreadPool.QueueUserWorkItem( p => printStr("當前線程") );
    }
    Console.WriteLine("結(jié)束多線程...");
    Console.ReadKey();
  }


  private static void printStr(string str)
  {
    Console.WriteLine("{0}是：{1}", str, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  }
}

輸出結(jié)果

最大線程數(shù),工作線程：32767, IO線程數(shù):1000
最小線程數(shù),工作線程：8, IO線程數(shù):8
重新設(shè)置后的最大線程數(shù),工作線程：10, IO線程數(shù):10
重新設(shè)置后的最小線程數(shù),工作線程：3, IO線程數(shù):3
啟動多線程...
結(jié)束多線程...
當前線程是：6
當前線程是：9
當前線程是：7
當前線程是：8
當前線程是：11
當前線程是：10
當前線程是：12
當前線程是：11
當前線程是：7
當前線程是：9

ThreadPool.SetMaxThreads的默認值

• 它取決于.NET框架版本，在2.0,3.0和4.0中進行了更改。 在2.0中它是核心數(shù)量的50倍。 在3.0（又名2.0 SP1）中，它是內(nèi)核數(shù)量的250倍，4.0根據(jù)位數(shù)和操作系統(tǒng)資源使其動態(tài)化。 默認 Max I / O完成線程是1000
• 一般來說，它是非常的高，一個程序永遠不會接近

使用以上方法設(shè)置線程數(shù)據(jù)大小時需注意

• 不能將最大工作線程數(shù)或 I/O 完成線程數(shù)設(shè)置為小于計算機上的處理器數(shù)的數(shù)字
• 不能將最大工作線程數(shù)或 I/O 完成線程數(shù)設(shè)置為小于相應最小工作線程數(shù)或 I/O 完成線程數(shù)的數(shù)字
• 默認情況下，最小線程數(shù)設(shè)置為系統(tǒng)上的處理器數(shù)。 可以使用該方法 SetMinThreads 增加最小線程數(shù)。 但是，不必要地增加這些值可能導致性能問題。 如果在同一時間開始太多的任務，則所有任務均可能會很慢。 在大多數(shù)情況下，線程池將使用自己的算法更好地分配線程。 將最小處理器減少到小于處理器數(shù)也會損害性能

查看系統(tǒng)cpu的處理數(shù)

編輯

**線程等待 **

由于線程池中的線程都是后臺線程，當主線程及所有前臺線程執(zhí)行完時，后臺線程就會被中斷，但如果我們希望 主線程等待 線程池執(zhí)行完成任務后再關(guān)閉程序 怎么辦呢？

需要使用到ManualResetEvent類

編輯

**ManualResetEvent需要一個bool類型的參數(shù)來表示暫停和停止

**

class ThreadPoolTest2
{
  // 參數(shù)設(shè)置為false
  static ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);

  static void Main()
  {
    Console.WriteLine("啟動多線程...");
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(p => printStr("當前線程"));
    // 等待 線程池執(zhí)行任務完成
    manualResetEvent.WaitOne();
    Console.WriteLine("結(jié)束多線程...");
  }


  private static void printStr(string str)
  {
    Console.WriteLine("{0}是：{1}", str, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    // 設(shè)置為true
    manualResetEvent.Set();
  }
}

輸出結(jié)果

啟動多線程...
當前線程是：6
結(jié)束多線程...

ManualResetEvent類的參數(shù)值執(zhí)行順序如下：

• false-- WaitOne等待
• true--WaitOne通過

注：一般情況下，不要阻塞線程池中的線程，因為寫代碼無意間造成的線程等待沒有釋放，一旦線程池線程耗盡就會形成死鎖

造成死鎖的案例： 設(shè)置了最大線程數(shù)是9，循環(huán)創(chuàng)建15個線程，意味著 后6個線程必然需要利用線程池中前面用過的線程， 但是由于前面創(chuàng)建的線程都直接讓阻塞了，沒有釋放，這時循環(huán)到第10個線程時由于沒有空閑線程，線程池沒法執(zhí)行就直接跳過了，主線程會繼續(xù)執(zhí)行后面的循環(huán)，這樣也永遠不會 執(zhí)行 manualResetEvent.Set() 方法，最后就成死鎖了

private static void Test1()
{
  // 設(shè)置最大線程
  ThreadPool.SetMaxThreads(9, 9);
  // 設(shè)置最小線程
  ThreadPool.SetMinThreads(3, 3);
  ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);
  for (int i = 0; i < 15; i++)
  {
    int k = i;
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(p =>
    {
      Console.WriteLine(k);
      if (k < 10)
      {
        manualResetEvent.WaitOne();
      }
      else
      {
        // 設(shè)為true
        manualResetEvent.Set();
      }
    });
  }
  if (manualResetEvent.WaitOne())
  {
    Console.WriteLine("沒有死鎖。。。。。。。。。");
  }
  Console.WriteLine("結(jié)束。。。。。。。。。。");
}

輸出結(jié)果

1
0
2
3
4
5
6
7
8