action = Test;
27 ThreadPool.QueueUserWorkItem(n => Test("Action"));
28 }
29 //方式六
30 ThreadPool.QueueUserWorkItem((o) =>
31 {
32 var msg = "lambda";
33 Console.WriteLine("执行方法:{0}", msg);
34 });
35
36 ......
37
38 Console.ReadKey();
39 }
40 static void Test(object o)
41 {
42 Console.WriteLine("执行方法:{0}", o);
43 }
44 /*
45 * 作者:Jonins
46 * 出处:http://www.cnblogs.com/jonins/
47 */
48 }
执行结果如下:
以上是使用线程池的几种写法,WaitCallback本质上是一个参数为Object类型无返回值的委托
1 public delegate void WaitCallback(object state);
所以符合要求的类型都可以如上述示例代码作为参数进行传递。
线程池常用方法
ThreadPool常用的几个方法如下:
方法 说明
QueueUserWorkItem 启动线程池里的一个线程(工作者线程)
GetMinThreads 检索线程池在新请求预测中能够按需创建的线程的最小数量。
GetMaxThreads 最多可用线程数,所有大于此数目的请求将保持排队状态,直到线程池线程由空闲。
GetAvailableThreads 剩余空闲线程数。
SetMaxThreads 设置线程池中的最大线程数(请求数超过此值则进入队列)。
SetMinThreads 设置线程池最少需要保留的线程数。
示例代码:
1 static void Main(string[] args)
2 {
3 //声明变量 (工作者线程计数 Io完成端口计数)
4 int workerThreadsCount, completionPortThreadsCount;
5 {
6 ThreadPool.GetMinThreads(out workerThreadsCount, out completionPortThreadsCount);
7 Console.WriteLine("最小工作线程数:{0},最小IO线程数{1}", workerThreadsCount, completionPortThreadsCount);
8 }
9 {
10 ThreadPool.GetMaxThreads(out workerThreadsCount, out completionPortThreadsCount);
11 Console.WriteLine("最大工作线程数:{0},最大IO线程数{1}", workerThreadsCount, completionPortThreadsCount);
12 }
13 ThreadPool.QueueUserWorkItem((o) => {
14 Console.WriteLine("占用1个池化线程");
15 });
16 {
17 ThreadPool.GetAvailableThreads(out workerThreadsCount, out completionPortThreadsCount);
18 Console.WriteLine("剩余工作线程数:{0},剩余IO线程数{1}", workerThreadsCount, completionPortThreadsCount);
19 }
20 Console.ReadKey();
21 }
执行的结果:
注意:
1.线程有内存开销,所以线程池内的线程过多而没有完全利用是对内存的一种浪费,所以需要对线程池限制最小线程数量。
2.线程池最大线程数是线程池最多可创建线程数,实际情况是线程池内的线程数是按需创建。
I/O线程
I\O线程是.NET专为访问外部资源所引入的一种线程,访问外部资源时为了防止主线程长期处于阻塞状态,.NET为多个I/O操作建立了异步方法。例如:
FileStream:BeginRead、BeginWrite。调用BeginRead/BeginWrite时会发起一个异步操作,但是只有在创建FileStream时传入FileOptions.Asynchronous参数才能获取真正的IOCP支持,否则BeginXXX方法将会使用默认定义在Stream基类上的实现。Stream基类中BeginXXX方法会使用委托的BeginInvoke方法来发起异步调用——这会使用一个额外的线程来执行任务(并不受IOCP支持,可能额外增加性能损耗)。
DNS:BeginGetHostByName、BeginResolve。
Socket:BeginAccept、BeginConnect、BeginReceive等等。
WebRequest:BeginGetRequestStream、BeginGetResponse。
SqlCommand:BeginExecuteReader、BeginExecuteNonQuery等等。这可能是开发一个Web应用时最常用的异步操作了。如果需要在执行数据库操作时得到IOCP支持,那么需要在连接字符串中标记Asynchronous Processing为true(默认为false),否则在调用BeginXXX操作时就会抛出异常。
WebServcie:例如.NET 2.0或WCF生成的Web Service Proxy中的BeginXXX方法、WCF中ClientBase的InvokeAsync方法。
这些异步方法的使用方式都比较类似,都是以Beginxxx开始(内部实现为ThreadPool.BindHandle),以Endxxx结束。
注意:
1.对于APM而言必须使用Endxxx结束异步,否则可能会造成资源泄露。
2.委托的BeginInvoke方法并不能获得IOCP支持。
3.IOCP不占用线程。
下面是使用WebRequest的一个示例调用异步API占用I/O线程:
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 int workerThreadsCount, completionPortThreadsCount;
6 ThreadPool.GetAvailableThreads(out workerThreadsCount, out completionPortThreadsCount);
7 Console.WriteLine("剩余工作线程数:{0},剩余IO线程数{1}", workerThreadsCount, completionPortThreadsCount);
8 //调用WebRequest类的异步API占用IO线程
9 {
10 WebRequest webRequest = HttpWebRequest.Create("http://www.cnblogs.com/jonins ");
11 webRequest.BeginGetResponse(result =>
12 {
13 Thread.Sleep(2000);
14 Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ":执行最终响应的回调");
15 WebResponse webResponse = webRequest.EndGetResponse(result);
16 }, null);
17 }
18 Thread.Sleep(1000);
19 ThreadPool.GetAvailableThreads(out workerThreadsCount, out completionPortThreadsCount);
20 Console.WriteLine("剩余工作线程数:{0},剩余IO线程数{1}", workerThreadsCount, completionPortThreadsCount);
21 Console.ReadKey();
22 }
23 }
执行结果如下:
有关I/O线程的内容点到此为止,感觉更多是I/O操作、文件等方面的知识点跟线程池瓜葛不多,想了解更多戳:这里
执行上下文
每个线程都关联了一个执行上下文数据结构,执行上下文(execution context)包括:
1.安全设置(压缩栈、Thread的Principal属性、winodws身份)。
2.宿主设置(System.Threading.HostExecutionContextManager)。
3.逻辑调用上下文数据(System.Runtime.Remoting.Messaging.CallContext的LogicalGetData和LogicalSetData方法)。
线程执行它的代码时,一些操作会受到线程执行上下文限制,尤其是安全设置的影响。
当主线程使用辅助线程执行任务时,前者的执行上下文“流向”(复制到)辅助线程,这确保了辅助线程执行的任何操作使用的是相同的安全设置和宿主设置。
默认情况下,CLR自动造成初始化线程的执行上下文“流向”任何辅助线程。但这会对性能造成影响。执行上下包含的大量信息采集并复制到辅助线程要耗费时间,如果辅助线程又采用了更多的辅助线程还必须创建和初始化更多的执行上下文数据结构。
System.Threading命名空间的ExecutionContext类,它允许控制线程执行上下文的流动:
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //将一些数据放到主函数线程的逻辑调用上下文中
6 CallContext.LogicalSetData("Action", "Jonins");
7 //初始化要由另一个线程做的一些事情,线程池线程能访问逻辑上下文数据
8 ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => Console.WriteLine("辅助线程A:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ";Action={0}", CallContext.LogicalGetData("Action")));
9 //现在阻止主线程执行上下文流动
10 ExecutionContext.SuppressFlow();
11 //初始化要由另一个线程做的一些事情,线程池线程能访问逻辑上下文数据
12 ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => Console.WriteLine("辅助线程B:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ";Action={0}", CallContext.LogicalGetData("Action")));
13 //恢复主线程的执行上下文流动,以避免使用更多的线程池线程
14 ExecutionContext.RestoreFlow();
15 Console.ReadKey();
16 }
17 }
结果如下:
ExecutionContext类阻止上下文流动以提升程序的性能,对于服务器应用程序,性能的提升可能非常显著。但是客户端应用程序的性能提升不了多少。另外,由于SuppressFlow方法用[SecurityCritical]特性标记,所以某些客户端如Silverlight中是无法调用的。
注意:
1.辅助线程在不需要或者不访问上下文信息时,应阻止执行上下文的流动。
2.执行上下文流动的相关知识,在使用Task对象以及发起异步I/O操作时,同样有用。
三种异步模式(扫盲)&BackgroundWorker
1.APM&EAP&TAP
.NET支持三种异步编程模式分别为APM、EAP和TAP:
1.基于事件的异步编程设计模式 (EAP,Event-based Asynchronous Pattern)
EAP的编程模式的代码命名有以下特点:
1.有一个或多个名为 “[XXX]Async” 的方法。这些方法可能会创建同步版本的镜像,这些同步版本会在当前线程上执行相同的操作。
2.该类还可能有一个 “[XXX]Completed” 事件,监听异步方法的结果。
3.它可能会有一个 “[XXX]AsyncCancel”(或只是 CancelAsync)方法,用于取消正在进行的异步操作。
2.异步编程模型(APM,Asynchronous Programming Model)
APM的编程模式的代码命名有以下特点:
1.使用 IAsyncResult 设计模式的异步操作是通过名为[BeginXXX] 和 [EndXXX] 的两个方法来实现的,这两个方法分别开始和结束异步操作 操作名称。例如,FileStream 类提供 BeginRead 和 EndRead 方法来从文件异步读取字节。
2.在调用 [BeginXXX] 后,应用程序可以继续在调用线程上执行指令,同时异步操作在另一个线程上执行。 每次调用 [BeginXXX] 时,应用程序还应调用 [EndXXX] 来获取操作的结果。
3.基于任务的编程模型(TAP,Task-based Asynchronous Pattern)
基于 System.Threading.Tasks 命名空间的 Task 和 Task,用于表示任意异步操作。 TAP之后再讨论。关于三种异步操作详细说明请戳:这里
2.BackgroundWorker
BackgroundWorker本质上是使用线程池内工作者线程,不过这个类已经多余了(了解即可)。在BackgroundWorker的DoWork属性追加自定义方法,通过RunWorkerAsync将自定义方法追加进池化线程内处理。
DoWork本质上是一个事件(event)。委托类型限制为无返回值且参数有两个分别为Object和DoWorkEventArgs类型。
1 public event DoWorkEventHandler DoWork;
2
3 public delegate void DoWorkEventHandler(object sender, DoWorkEventArgs e);
示例如下:
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 int workerThreadsCount, completionPortThreadsCount;
6 ThreadPool.GetAvailableThreads(out workerThreadsCount, out completionPortThreadsCount);
7 Console.WriteLine("剩余工作线程数:{0},剩余IO线程数{1}", workerThreadsCount, completionPortThreadsCount);
8 {
9 BackgroundWorker backgroundWorker = new BackgroundWorker();
10 backgroundWorker.DoWork += DoWork;
11 backgroundWorker.RunWorkerAsync();
12 }
13 Thread.Sleep(1000);
14 ThreadPool.GetAvailableThreads(out workerThreadsCount, out completionPortThreadsCount);
15 Console.WriteLine("剩余工作线程数:{0},剩余IO线程数{1}", workerThreadsCount, completionPortThreadsCount);
16 Console.ReadKey();
17 }
18 private static void DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
19 {
20 Thread.Sleep(2000);
21 Console.WriteLine("demo-ok");
22 }
23 }
内部占用线程内线程,结果如下:
结语
程序员使用线程池更多的是使用线程池内的工作者线程进行逻辑编码。
相对于单独操作线程(Thread),线程池(ThreadPool)能够保证计算密集作业的临时过载不会引起CPU超负荷(激活的线程数量多于CPU内核数量,系统必须按时间片执行线程调度)。
超负荷会影响性能,因为划分时间片需要大量的上下文切换开销,并且使CPU缓存失效,而这些是处理器实现高效的必要调度。
CLR能够将任务进行排序,并且控制任务启动数量,从而避免线程池超负荷。CLR首先运行与硬件内核数量一样多的并发任务,然后通过爬山算法调整并发数量,保证程序切合最优性能曲线。
参考文献
CLR via C#(第4版) Jeffrey Richter
C#高级编程(第10版) C# 6 & .NET Core 1.0 Christian Nagel
果壳中的C# C#5.0权威指南 Joseph Albahari
http://www.cnblogs.com/dctit/
http://www.cnblogs.com/kissdodog/
http://www.cnblogs.com/JeffreyZhao/
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