C# 线程池详解

一、ThreadPool类

• GetMaxThreads()    //  获取可以同时处于活动状态的线程池请求的最大数目。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。
  
  • 函数原型：public static void GetMaxThreads (out int workerThreads,out int completionPortThreads)
    
                参数1：workerThreads ：线程池中辅助线程的最大数目。
                参数2：completionPortThreads ：线程池中异步 I/O 线程的最大数目。 

• GetMinThreads()    // 获取线程池维护的空闲线程数。  
  
  • 函数原型：public static void GetMinThreads (out int workerThreads,out int completionPortThreads)
    参数1：workerThreads：当前由线程池维护的空闲辅助线程的最小数目。
    参数2：completionPortThreads：当前由线程池维护的空闲异步 I/O 线程的最小数目。
    

• GetAvailableThreads()   //  获取由 GetMaxThreads 返回的线程池线程的最大数目和当前活动数目之间的差值。    
  
  • 函数原型：public static void GetAvailableThreads (out int workerThreads,out int completionPortThreads)
               参数1：workerThreads：可用辅助线程的数目。
               参数2：completionPortThreads：可用异步 I/O 线程的数目。
  

• QueueUserWorkItem()   //  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。 
  
  • 重载方法1：public static bool QueueUserWorkItem (WaitCallback callBack)
               返回值：如果将方法成功排入队列，则为 true；否则为 false。
  
  • 重载方法2：public static bool QueueUserWorkItem (WaitCallback callBack,Object state)
    
               参数2：state ：包含方法所用数据的对象。
               返回值：如果将方法成功排入队列，则为 true；否则为 false。
  备注：WaitCallback 回调方法必须与System.Threading.WaitCallback委托类型相匹配。WaitCallback函数原型：public delegate void WaitCallback(Object state);
  调用QueueUserWorkItem可以通过Object来向任务过程传递参数。如果任务过程需要多个参数，可以定义包含这些数据的类，并将类的实例强制转换为Object数据类型。
  

• RegisterWaitForSingleObject()    //  将指定的委托排队到线程池。当发生以下情况之一时，辅助线程将执行委托。1、指定对象处于终止状态。2、超时间隔已过期。  
  
  • 重载方法1：public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject (WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,int millisecondsTimeOutInterval,bool executeOnlyOnce)
    
               参数1：waitObject ：要注册的 WaitHandle，通常为AutoResetEvent、ManualResetEvent 或 Mutex。
               参数2：callBackwaitObject ：参数终止时调用的 WaitOrTimerCallback 委托。   
                             WaitOrTimerCallback委托原型：public delegate void WaitOrTimerCallback (Object state,bool timedOut)
               参数3：state：传递给委托的对象。
               参数4：millisecondsTimeOutInterval：以毫秒为单位的超时时间。如果 millisecondsTimeOutInterval 参数为零 (0)，则函数测试
  对象的状态并立即返回。如果 millisecondsTimeOutInterval 为 -1 或 Timeout.Infinite，则函数的超时间隔永远不过期。
              参数5：executeOnlyOnce：如果为 true，表示在调用了委托后，线程将不再在 waitObject 参数上等待；如果为false，表示每次完成等待操作后都重置计时器，直到注销等待。（是否只调用一次）
             返回值：封装本机句柄的 RegisteredWaitHandle
  
  • 重载方法2：public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject (WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,long millisecondsTimeOutInterval,bool executeOnlyOnce)    // 64位的超时时间
    
  • 重载方法3：public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject (WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,TimeSpan timeout,bool executeOnlyOnce)
    参数4：timeout：TimeSpan 所表示的超时时间。如果 timeout 为零，则函数测试对象的状态并立即返回。如果 timeout 为 -1，则函数的超时间隔永远不过期。
  • 重载方法4：public static RegisteredWaitHandle RegisterWaitForSingleObject (WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,uint millisecondsTimeOutInterval,bool executeOnlyOnce)  
• UnsafeQueueUserWorkItem()      // 非安全性注册一个等待 WaitHandle 的委托(将方法排入队列以便执行)。
  
  • 函数原型：public static bool UnsafeQueueUserWorkItem (WaitCallback callBack,Object state)      //不将调用堆栈传播到辅助线程上。这允许代码失去调用堆栈，从而提升了它的安全特权
    
  备注：使用 UnsafeQueueUserWorkItem 可能会无意中打开一个安全漏洞。代码访问安全性的权限检查基于所有调用方对堆栈的权限进行。如果使用 UnsafeQueueUserWorkItem 将工作排在某个线程池线程上，则该线程池线程的堆栈将不会具有实际调用方的背景。恶意代码可能会利用这一点避开权限检查。
  

• UnsafeRegisterWaitForSingleObject()   // 非安全性将指定的委托排队到线程池。
  
  • 重载方法1：public static RegisteredWaitHandle UnsafeRegisterWaitForSingleObject(WaitHandle waitObject,WaitOrTimerCallback callBack,Object state,int
    
  millisecondsTimeOutInterval,bool executeOnlyOnce)
  

• SetMaxThreads()   //  设置可以同时处于活动状态的线程池的最大请求数目（不考虑计算机处理器的数目）
  
  • 函数原型：public static bool SetMinThreads (int workerThreads,intcompletionPortThreads)
    
               参数1：workerThreads:：要由线程池维护的新的最小空闲辅助线程数。
               参数2：completionPortThreads:：要由线程池维护的新的最小空闲异步 I/O 线程数。
               返回值：如果更改成功，则为 true；否则为 false。
  备注：如果指定一个负数或者一个大于最大活动线程池线程数的正数（使用 GetMaxThreads 获取），则 SetMinThreads 返回 false 并且不更改任何一个最小值。
  将空闲线程数减少到小于处理器的数目会影响性能。而维护大量的空闲线程会消耗系统资源。您可能需要调整空闲线程数，以实现最佳的总体性能。对于那些在一段时间不活动之后爆发大量活动的应用，少量增加空闲线程数可以显著提高吞吐量。
  

• SetMinThreads()    // 设置线程池在新请求预测中维护的空闲线程数(不考虑计算机处理器的数目)
  
  • 函数原型：public static bool SetMinThreads (int workerThreads,intcompletionPortThreads)
    
               参数1：workerThreads：要由线程池维护的新的最小空闲辅助线程数。
               参数2：completionPortThreads：要由线程池维护的新的最小空闲异步 I/O 线程数。
              返回值：如果更改成功，则为 true；否则为 false。
  

二、线程池的几个重要特点：

• 一个进程有且只能管理一个线程池。
• 线程池线程都是后台线程（即不会阻止进程的停止）
• 每个线程都使用默认堆栈大小，以默认的优先级运行，并处于多线程单元中。超过最大值的其他线程需要排队，但它们要等到其他线程完成后才启动。
• 在CLR 2.0 SP1之前的版本中，线程池中 默认最大的线程数量 = 处理器数 * 25, CLR 2.0 SP1之后就变成了 默认最大线程数量 = 处理器数 * 250，线程上限可以改变，通过使用ThreadPool.GetMax+Threads和ThreadPool.SetMaxThreads方法，可以获取和设置线程池的最大线程数。
• 默认情况下，每个处理器维持一个空闲线程，即默认最小线程数 = 处理器数。
• 当进程启动时，线程池并不会自动创建。当第一次将回调方法排入队列（比如调用ThreadPool.QueueUserWorkItem方法）时才会创建线程池。
• 在对一个工作项进行排队之后将无法取消它。
• 线程池中线程在完成任务后并不会自动销毁，它会以挂起的状态返回线程池，如果应用程序再次向线程池发出请求，那么这个挂起的线程将激活并执行任务，而不会创建新线程，这将节约了很多开销。只有线程达到最大线程数量，系统才会以一定的算法销毁回收线程。
  

三、不适合使用线程池的情形包括：

• 如果需要使一个任务具有特定的优先级。
• 如果具有可能会长时间运行（并因此阻塞其他任务）的任务。
• 如果需要将线程放置到单线程单元中（线程池中的线程均处于多线程单元中）。
• 如果需要用永久标识来标识和控制线程，比如想使用专用线程来中止该线程，将其挂起或按名称发现它。
• 如果您需要运行与用户界面交互的后台线程，.NET Framework 2.0 版提供了 BackgroundWorker 组件，该组件可以使用事件与用户界面线程的跨线程封送进行通信。
  

四、线程池的优势：

• 可以避免创建和销毁消除的开支，从而可以实现更好的性能和系统稳定性。
• 把线程交给系统进行管理，程序员不需要费力于线程管理，可以集中精力处理应用程序任务。
  

示例：

    class Power   //计算次方类
    {
        public double num = -1;

        public void TaskProc(object o)  //计算次方方法，注意必须有个传入参数object，必须与public delegate void WaitCallback(Object state);委托类型一致
        {
            num = Math.Pow(Convert.ToDouble(o), 8);
        
        }
    }
    /// 

    /// 多线程计算数次方
    /// 
    /// 
    ///   
    private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
    {
        int maxThreadNum, portThreadNum;

        int minThreadNum;

        ThreadPool.GetMaxThreads(out maxThreadNum, out portThreadNum);

        ThreadPool.GetMinThreads(out minThreadNum, out portThreadNum);

        MessageBox.Show(maxThreadNum + "," + minThreadNum + "," + portThreadNum);  //显示最大线程上限和最小空闲线程及异步 I/O 线程的最大数目

        Power p1 = new Power();

        ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(p1.TaskProc),6);  //开始计算6的8次方的任务

        Power p2 = new Power();

        ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(p2.TaskProc),7);  //开始计算7的8次方的任务

        while (p1.num == -1 || p2.num == -1);  //知道2个线程都计算出结果

        MessageBox.Show(Convert.ToString(p1.num + p2.num));   //获取6^8 + 7^8的和
    }

六、线程池中线程同步：

       具体说明请看上面ThreadPool类的RegisterWaitForSingleObject()方法。

private void button5_Click(object sender, EventArgs e)
{
     ManualResetEvent mre = new ManualResetEvent(false);  //注册监听的handle，如果为 true，则将初始状态设置为终止；如果为 false，则将初始状态设置为非终止。 

     //Mutex mtx = new Mutex(true); //如果给调用线程赋予互斥体的初始所属权，则为 true；否则为 false。 

     //AutoResetEvent are = new AutoResetEvent(false); //如果为 true，则将初始状态设置为终止；如果为 false，则将初始状态设置为非终止。

     ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(mre, new WaitOrTimerCallback(PoolFunc), 34, Timeout.Infinite, true); //传递参数34，无限时间监听，只调用一次

     //ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(mtx, new WaitOrTimerCallback(PoolFunc), null, Timeout.Infinite, true);

     //ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(are, new WaitOrTimerCallback(PoolFunc), 34, Timeout.Infinite, true);

     mre.Set();  //将事件状态设置为终止状态，RegisterWaitForSingleObject开始调用执行PoolFunc方法

     //mtx.ReleaseMutex();  

     //are.Set();

}

private void PoolFunc(object obj, bool TimedOut)
{
     MessageBox.Show("Synchronization object signaled,object:"+obj+",Thread:" + Thread.CurrentThread.GetHashCode() + " Is pool: " + Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread);
}