33. C# -- 线程和进程 （3）
C#多线程学习(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);
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 ThreadExample
{
//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。
结果：
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。
C#多线程学习(五) 多线程的自动管理(定时器)
Timer类：设置一个定时器，定时执行用户指定的函数。
定时器启动后，系统将自动建立一个新的线程，执行用户指定的函数。
初始化一个Timer对象：
Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);
// 第一个参数：指定了TimerCallback 委托，表示要执行的方法；
// 第二个参数：一个包含回调方法要使用的信息的对象，或者为空引用；
// 第三个参数：延迟时间――计时开始的时刻距现在的时间，单位是毫秒,指定为“0”表示立即启动计时器；
// 第四个参数：定时器的时间间隔――计时开始以后，每隔这么长的一段时间，TimerCallback所代表的方法将被调用一次，单位也是毫秒。指定 Timeout.Infinite 可以禁用定期终止。
Timer.Change()方法：修改定时器的设置。（这是一个参数类型重载的方法）
使用示例： timer.Change(1000,2000);
Timer类的程序示例(来源：MSDN)：
using System;
using System.Threading;
namespace ThreadExample
{
class TimerExampleState
{
public int counter = 0;
public Timer tmr;
}
class App
{
public static void Main()
{
TimerExampleState s = new TimerExampleState();
//创建代理对象TimerCallback，该代理将被定时调用
TimerCallback timerDelegate = new TimerCallback(CheckStatus);
//创建一个时间间隔为1s的定时器
Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);
s.tmr = timer;
//主线程停下来等待Timer对象的终止
while(s.tmr != null)
Thread.Sleep(0);
Console.WriteLine("Timer example done.");
Console.ReadLine();
}
//下面是被定时调用的方法
static void CheckStatus(Object state)
{
TimerExampleState s =(TimerExampleState)state;
s.counter++;
Console.WriteLine("{0} Checking Status {1}.",DateTime.Now.TimeOfDay, s.counter);
if(s.counter == 5)
{
//使用Change方法改变了时间间隔
(s.tmr).Change(10000,2000);
Console.WriteLine("changed");
}
if(s.counter == 10)
{
Console.WriteLine("disposing of timer");
s.tmr.Dispose();
s.tmr = null;
}
}
}
}
程序首先创建了一个定时器，它将在创建1秒之后开始每隔1秒调用一次CheckStatus()方法，当调用5次以后，在CheckStatus()方法中修改了时间间隔为2秒，并且指定在10秒后重新开始。当计数达到10次，调用Timer.Dispose()方法删除了timer对象，主线程于是跳出循环，终止程序。
C#多线程学习(六) 互斥对象
如何控制好多个线程相互之间的联系，不产生冲突和重复，这需要用到互斥对象，即：System.Threading 命名空间中的 Mutex 类。
我们可以把Mutex看作一个出租车，乘客看作线程。乘客首先等车，然后上车，最后下车。当一个乘客在车上时，其他乘客就只有等他下车以后才可以上车。而线程与Mutex对象的关系也正是如此，线程使用Mutex.WaitOne()方法等待Mutex对象被释放，如果它等待的Mutex对象被释放了，它就自动拥有这个对象，直到它调用Mutex.ReleaseMutex()方法释放这个对象，而在此期间，其他想要获取这个Mutex对象的线程都只有等待。
下面这个例子使用了Mutex对象来同步四个线程，主线程等待四个线程的结束，而这四个线程的运行又是与两个Mutex对象相关联的。
其中还用到AutoResetEvent类的对象，可以把它理解为一个信号灯。这里用它的有信号状态来表示一个线程的结束。
// AutoResetEvent.Set()方法设置它为有信号状态
// AutoResetEvent.Reset()方法设置它为无信号状态
Mutex 类的程序示例：
using System;
using System.Threading;
namespace ThreadExample
{
public class MutexSample
{
static Mutex gM1;
static Mutex gM2;
const int ITERS = 100;
static AutoResetEvent Event1 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event2 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event3 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event4 = new AutoResetEvent(false);
public static void Main(String[] args)
{
Console.WriteLine("Mutex Sample ");
//创建一个Mutex对象，并且命名为MyMutex
gM1 = new Mutex(true,"MyMutex");
//创建一个未命名的Mutex 对象.
gM2 = new Mutex(true);
Console.WriteLine(" - Main Owns gM1 and gM2");
AutoResetEvent[] evs = new AutoResetEvent[4];
evs[0] = Event1; //为后面的线程t1,t2,t3,t4定义AutoResetEvent对象
evs[1] = Event2;
evs[2] = Event3;
evs[3] = Event4;
MutexSample tm = new MutexSample( );
Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(tm.t1Start));
Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(tm.t2Start));
Thread t3 = new Thread(new ThreadStart(tm.t3Start));
Thread t4 = new Thread(new ThreadStart(tm.t4Start));
t1.Start( );// 使用Mutex.WaitAll()方法等待一个Mutex数组中的对象全部被释放
t2.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM1的释放
t3.Start( );// 使用Mutex.WaitAny()方法等待一个Mutex数组中任意一个对象被释放
t4.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM2的释放
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine(" - Main releases gM1");
gM1.ReleaseMutex( ); //线程t2,t3结束条件满足
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine(" - Main releases gM2");
gM2.ReleaseMutex( ); //线程t1,t4结束条件满足
//等待所有四个线程结束
WaitHandle.WaitAll(evs);
Console.WriteLine(" Mutex Sample");
Console.ReadLine();
}
public void t1Start( )
{
Console.WriteLine("t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])");
Mutex[] gMs = new Mutex[2];
gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAll()方法的参数
gMs[1] = gM2;
Mutex.WaitAll(gMs);//等待gM1和gM2都被释放
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfied");
Event1.Set( ); //线程结束，将Event1设置为有信号状态
}
public void t2Start( )
{
Console.WriteLine("t2Start started, gM1.WaitOne( )");
gM1.WaitOne( );//等待gM1的释放
Console.WriteLine("t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfied");
Event2.Set( );//线程结束，将Event2设置为有信号状态
}
public void t3Start( )
{
Console.WriteLine("t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])");
Mutex[] gMs = new Mutex[2];
gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAny()方法的参数
gMs[1] = gM2;
Mutex.WaitAny(gMs);//等待数组中任意一个Mutex对象被释放
Console.WriteLine("t3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[])");
Event3.Set( );//线程结束，将Event3设置为有信号状态
}
public void t4Start( )
{
Console.WriteLine("t4Start started, gM2.WaitOne( )");
gM2.WaitOne( );//等待gM2被释放
Console.WriteLine("t4Start finished, gM2.WaitOne( )");
Event4.Set( );//线程结束，将Event4设置为有信号状态
}
}
}
程序的输出结果：
Mutex Sample
- Main Owns gM1 and gM2
t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])
t2Start started, gM1.WaitOne( )
t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])
t4Start started, gM2.WaitOne( )
- Main releases gM1
t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfied
t3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[])
- Main releases gM2
t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfied
t4Start finished, gM2.WaitOne( )
Mutex Sample
从执行结果可以很清楚地看到，线程t2,t3的运行是以gM1的释放为条件的，而t4在gM2释放后开始执行，t1则在gM1和gM2都被释放了之后才执行。Main()函数最后，使用WaitHandle等待所有的AutoResetEvent对象的信号，这些对象的信号代表相应线程的结束。
参考：http://kb.cnblogs.com/page/42532/