.NET高级面试指南专题五【线程池】

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线程池介绍:

C#的线程池是一种用于管理和重用线程的机制,旨在提高应用程序的性能和效率。线程池在应用程序启动时会创建一定数量的线程,然后根据需要动态地调整线程的数量。这有助于减少线程的创建和销毁开销,提高应用程序的响应速度。

线程池的主要作用包括:

创建线程涉及到用户模式和内核模式的切换,内存分配,DLL通知等一系列过程,线程销毁的步骤也是开销很大的,所以如果应用程序使用完一个线程,我们能把线程暂时存放起来,以备下次使用,就可以减小这些开销。

  • 减少线程创建的开销: 线程的创建和销毁会消耗大量资源,通过线程池可以重用现有线程,减少这些开销。

  • 提高性能: 通过减少线程的创建和销毁,线程池可以更有效地利用系统资源,提高应用程序的性能。

  • 限制并发线程数量: 线程池可以设置最大并发线程数,防止系统过度使用资源,避免性能下降。

所有进程使用一个共享的线程池,还是每个进程使用独立的线程池

每个进程都有一个线程池,一个进程中只能有一个实例,它在各个应用程序域(AppDomain)是共享的,线程池仅仅保留相当少的线程,保留的线程可以用SetMinThread这个方法设置,当程序需要一个线程时,线程池中没有空闲的线程时,线程池就会负责创建这个线程,调用完后,不会立即销毁,而是把它放在池子里,以备下次使用,但是,如果超出一定时间没使用,线程池就会回收线程,所以线程池里存在的线程数实际是个动态的过程。

线程池中线程的分类

线程池里的线程按照公用被分成了两大类:工作线程和IO线程(IO完成线程),前者用于执行普通操作,后者专用于异步IO。它们分别在什么情况下被使用,二者工作原理有什么不同?

工作线程(Compute-bound Threads):

工作线程主要用于执行计算密集型的任务,这类任务通常涉及大量的计算和数据处理,而不涉及等待外部资源的时间。
工作线程通常用于执行 CPU 密集型的算法、复杂的计算或其他需要大量计算资源的操作。
在线程池中,通过ThreadPool.QueueUserWorkItem或Task.Run启动的线程通常属于工作线程。

ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => 
{
    // 工作线程的代码(计算密集型任务)
});

I/O线程(I/O-bound Threads):

I/O线程主要用于执行涉及等待外部资源(如文件、网络、数据库等)的任务,这类任务通常会花费大量时间等待数据的读取或写入。
I/O线程通常用于执行需要频繁等待外部资源完成的操作,例如文件读写、网络通信或数据库查询。
在异步编程中,I/O线程可以使用异步操作来避免阻塞。
在实际应用中,为了提高系统的性能和效率,常常需要合理选择和使用工作线程和I/O线程。例如,在一个网络服务器应用中,可以使用工作线程处理计算密集型的业务逻辑,而使用I/O线程处理网络通信和数据库访问等涉及等待的任务,以充分利用系统资源。

需要注意的是,线程池中的线程可以同时执行工作线程和I/O线程的任务,具体的线程分类取决于任务的性质和执行方式。

常用的线程池的示例:
下面是一些常见的线程池使用的C#代码示例,包括使用ThreadPool类和Task类:

using System;
using System.Threading;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem 启动线程池中的工作线程
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => 
        {
            Console.WriteLine("工作线程执行中...");
            // 执行工作线程的代码
        });

        // 阻止主线程退出,以便查看工作线程的执行
        Console.ReadLine();
    }
}

使用 Task 类:

using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 使用 Task.Run 启动任务
        Task.Run(() => 
        {
            Console.WriteLine("任务执行中...");
            // 执行任务的代码
        });

        // 阻止主线程退出,以便查看任务的执行
        Console.ReadLine();
    }
}

使用 Task 类并等待任务完成:

using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        // 使用 Task.Run 启动异步任务,并使用 await 等待任务完成
        await Task.Run(() => 
        {
            Console.WriteLine("异步任务执行中...");
            // 执行异步任务的代码
        });

        // 主线程继续执行其他操作
        Console.WriteLine("主线程继续执行...");

        // 阻止主线程退出,以便查看任务的执行
        Console.ReadLine();
    }
}

.NET线程池有什么不足

  • 不能为线程设置优先级

  • 线程竞争: 当多个任务同时提交给线程池时,存在线程竞争的风险。如果没有良好的任务调度策略,可能导致线程争夺资源,降低性能。

  • 所支持的Callback不能有返回值。WaitCallback只能带一个object类型的参数

  • 线程泄漏: 在某些情况下,线程池可能会由于线程泄漏而导致应用程序性能下降。如果某个任务没有正确释放资源或异常处理不当,可能会导致线程一直被占用而无法回收。

  • 无法取消任务: 线程池中的任务一旦提交,就很难取消。虽然.NET框架提供了取消任务的机制,但在一些情况下,任务可能无法被立即取消。

  • 难以调试: 线程池中的任务可能会难以调试,特别是在大规模的异步编程中。调试线程池中的任务可能需要更高级的技术和工具。

  • 资源限制: 线程池的大小是有限的,虽然可以配置最大线程数,但如果任务过于密集,可能会达到线程池的最大容量,导致新任务排队等待执行。

  • 不适用于所有场景: 线程池适用于大多数情况,但并不是所有类型的应用都适合使用线程池。对于某些特定的应用场景,可能需要更精细的线程控制。

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