[C# 线程处理系列]专题二:线程池中的工作者线程

目录:

一、上节补充

二、CLR线程池基础

三、通过线程池的工作者线程实现异步

四、使用委托实现异步

五、任务

 

一、上节补充

 

对于Thread类还有几个常用方法需要说明的。

1.1 Suspend和Resume方法

这两个方法在.net Framework 1.0的时候就支持的方法,他们分别可以挂起线程和恢复挂起的线程。但在.net Framework 2.0以后的版本中这两个方法都过时了,MSDN的解释是这样:

警告:

不要使用 Suspend 和 Resume 方法来同步线程的活动。您无法知道挂起线程时它正在执行什么代码。如果您在安全权限评估期间挂起持有锁的线程,则 AppDomain中的其他线程可能被阻止。如果您在线程正在执行类构造函数时挂起它,则 AppDomain中尝试使用该类的其他线程将被阻止。这样很容易发生死锁。

对于这个解释可能有点抽象吧,让我们来看看一段代码可能会清晰点:

 

 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 创建一个线程来测试
            Thread thread1 = new Thread(TestMethod);      
            thread1.Name = "Thread1";   
            thread1.Start();    
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("Main Thread is running");
            ////int b = 0;
            ////int a = 3 / b;
            ////Console.WriteLine(a);
            thread1.Resume();     
            Console.Read();
        }

        private static void TestMethod()
        {     
            Console.WriteLine("Thread: {0} has been suspended!", Thread.CurrentThread.Name);
      
            //将当前线程挂起
            Thread.CurrentThread.Suspend();          
            Console.WriteLine("Thread: {0} has been resumed!", Thread.CurrentThread.Name);
        }
    }

在上面这段代码中thread1线程是在主线程中恢复的,但当主线程发生异常时,这时候就thread1一直处于挂起状态,此时thread1所使用的资源就不能释放(除非强制终止进程),当另外线程需要使用这快资源的时候, 这时候就很可能发生死锁现象。

上面一段代码还存在一个隐患,请看下面一小段代码:

 

 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 创建一个线程来测试
            Thread thread1 = new Thread(TestMethod);      
            thread1.Name = "Thread1";   
            thread1.Start();
            Console.WriteLine("Main Thread is running");
            thread1.Resume();     
            Console.Read();
        }

        private static void TestMethod()
        {     
            Console.WriteLine("Thread: {0} has been suspended!", Thread.CurrentThread.Name);
            Thread.Sleep(1000);

            //将当前线程挂起
            Thread.CurrentThread.Suspend();          
            Console.WriteLine("Thread: {0} has been resumed!", Thread.CurrentThread.Name);
        }
    }

当主线程跑(运行)的太快,做完自己的事情去唤醒thread1时,此时thread1还没有挂起而起唤醒thread1,此时就会出现异常了。并且上面使用的Suspend和Resume方法,编译器已经出现警告了,提示这两个方法已经过时, 所以在我们平时使用中应该尽量避免。

1.2 Abort和 Interrupt方法

Abort方法和Interrupt都是用来终止线程的,但是两者还是有区别的。

1、他们抛出的异常不一样,Abort 方法抛出的异常是ThreadAbortException, Interrupt抛出的异常为ThreadInterruptedException

2、调用interrupt方法的线程之后可以被唤醒,然而调用Abort方法的线程就直接被终止不能被唤醒的。

下面一段代码是掩饰Abort方法的使用

 

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Thread abortThread = new Thread(AbortMethod);
            abortThread.Name = "Abort Thread";
            abortThread.Start();
            Thread.Sleep(1000);
            try
            {
                abortThread.Abort();     
            }
            catch 
            {
                Console.WriteLine("{0} Exception happen in Main Thread", Thread.CurrentThread.Name);
                Console.WriteLine("{0} Status is:{1} In Main Thread ", Thread.CurrentThread.Name, Thread.CurrentThread.ThreadState);
            }
            finally
            {
                Console.WriteLine("{0} Status is:{1} In Main Thread ", abortThread.Name, abortThread.ThreadState);
            }

            abortThread.Join();
            Console.WriteLine("{0} Status is:{1} ", abortThread.Name, abortThread.ThreadState);
            Console.Read();
           
        }

        private static void AbortMethod()
        {
            try
            {
                Thread.Sleep(5000);
            }
            catch(Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.GetType().Name);
                Console.WriteLine("{0} Exception happen In Abort Thread", Thread.CurrentThread.Name);
                Console.WriteLine("{0} Status is:{1} In Abort Thread ", Thread.CurrentThread.Name, Thread.CurrentThread.ThreadState);
            }
            finally
            {
                Console.WriteLine("{0} Status is:{1} In Abort Thread", Thread.CurrentThread.Name, Thread.CurrentThread.ThreadState);
            }
        }
    }

运行结果:

从运行结果可以看出,调用Abort方法的线程引发的异常类型为ThreadAbortException, 以及异常只会在 调用Abort方法的线程中发生,而不会在主线程中抛出,并且调用Abort方法后线程的状态不是立即改变为Aborted状态,而是从AbortRequested->Aborted。

 

Interrupt方法:

 

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        { Thread interruptThread = new Thread(AbortMethod);
            interruptThread.Name = "Interrupt Thread";
            interruptThread.Start();  
            interruptThread.Interrupt();     
           
            interruptThread.Join();
            Console.WriteLine("{0} Status is:{1} ", interruptThread.Name, interruptThread.ThreadState);
            Console.Read();     
        }

        private static void AbortMethod()
        {
            try
            {
                Thread.Sleep(5000);
            }
            catch(Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.GetType().Name);
                Console.WriteLine("{0} Exception happen In Interrupt Thread", Thread.CurrentThread.Name);
                Console.WriteLine("{0} Status is:{1} In Interrupt Thread ", Thread.CurrentThread.Name, Thread.CurrentThread.ThreadState);
            }
            finally
            {
                Console.WriteLine("{0} Status is:{1} In Interrupt Thread", Thread.CurrentThread.Name, Thread.CurrentThread.ThreadState);
            }

        }
    }
}

运行结果:

从结果中可以得到,调用Interrupt方法抛出的异常为:ThreadInterruptException, 以及当调用Interrupt方法后线程的状态应该是中断的, 但是从运行结果看此时的线程因为了Join,Sleep方法而唤醒了线程,为了进一步解释调用Interrupt方法的线程可以被唤醒, 我们可以在线程执行的方法中运用循环,如果线程可以唤醒,则输出结果中就一定会有循环的部分,然而调用Abort方法线程就直接终止,就不会有循环的部分,下面代码相信大家看后肯定会更加理解两个方法的区别的:

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApplication2
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread1 = new Thread(TestMethod);
            thread1.Start();
            Thread.Sleep(100);

            thread1.Interrupt();
            Thread.Sleep(3000);
            Console.WriteLine("after finnally block, the Thread1 status is:{0}", thread1.ThreadState);
            Console.Read();
        }
        private static void TestMethod()
        {
            
            for (int i = 0; i < 4; i++)
            {
                try
                {
                    Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine("Thread is Running");
                }
                catch (Exception e)
                {
                    if (e != null)
                    {
                        Console.WriteLine("Exception {0} throw ", e.GetType().Name);
                    }
                }
                finally
                {
                    Console.WriteLine("Current Thread status is:{0} ", Thread.CurrentThread.ThreadState);
                }
            }
        }
    }
}

运行结果为:

如果把上面的 thread1.Interrupt();改为 thread1.Abort(); 运行结果为:

 

二、线程池基础

首先,创建和销毁线程是一个要耗费大量时间的过程,另外,太多的线程也会浪费内存资源,所以通过Thread类来创建过多的线程反而有损于性能,为了改善这样的问题 ,.net中就引入了线程池。

线程池形象的表示就是存放应用程序中使用的线程的一个集合(就是放线程的地方,这样线程都放在一个地方就好管理了)。CLR初始化时,线程池中是没有线程的,在内部, 线程池维护了一个操作请求队列,当应用程序想执行一个异步操作时,就调用一个方法,就将一个任务放到线程池的队列中,线程池中代码从队列中提取任务,将这个任务委派给一个线程池线程去执行,当线程池线程完成任务时,线程不会被销毁,而是返回到线程池中,等待响应另一个请求。由于线程不被销毁, 这样就可以避免因为创建线程所产生的性能损失。

注意:通过线程池创建的线程默认为后台线程,优先级默认为Normal.

 

三、通过线程池的工作者线程实现异步

3.1 创建工作者线程的方法

public static bool QueueUserWorkItem (WaitCallback callBack);

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callback, Object state);

这两个方法向线程池的队列添加一个工作项(work item)以及一个可选的状态数据。然后,这两个方法就会立即返回。

工作项其实就是由callback参数标识的一个方法,该方法将由线程池线程执行。同时写的回调方法必须匹配System.Threading.WaitCallback委托类型,定义为:

public delegate void WaitCallback(Object state);

下面演示如何通过线程池线程来实现异步调用:

 

using System;
using System.Threading;

namespace ThreadPoolUse
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 设置线程池中处于活动的线程的最大数目
            // 设置线程池中工作者线程数量为1000,I/O线程数量为1000
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            Console.WriteLine("Main Thread: queue an asynchronous method");
            PrintMessage("Main Thread Start");

            // 把工作项添加到队列中,此时线程池会用工作者线程去执行回调方法
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(asyncMethod);
            Console.Read();
        }

        // 方法必须匹配WaitCallback委托
        private static void asyncMethod(object state)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method");
            Console.WriteLine("Asynchoronous thread has worked ");
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程,把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, 
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果:

 

从结果中可以看出,线程池中的可用的工作者线程少了一个,用去执行回调方法了。

ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback callback,Object state) 方法可以把object对象作为参数传送到回调函数中,使用和ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback callback)的使用和类似,这里就不列出了。

3.2 协作式取消

.net Framework提供了取消操作的模式, 这个模式是协作式的。为了取消一个操作,首先必须创建一个System.Threading.CancellationTokenSource对象。

下面代码演示了协作式取消的使用,主要实现当用户在控制台敲下回车键后就停止数数方法。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace ConsoleApplication3
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            Console.WriteLine("Main thread run");    
            PrintMessage("Start");
            Run();
            Console.ReadKey();
        }

        private static void Run()
        {
            CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

            // 这里用Lambda表达式的方式和使用委托的效果一样的,只是用了Lambda后可以少定义一个方法。
            // 这在这里就是让大家明白怎么lambda表达式如何由委托转变的
            ////ThreadPool.QueueUserWorkItem(o => Count(cts.Token, 1000));

            ThreadPool.QueueUserWorkItem(callback, cts.Token);

            Console.WriteLine("Press Enter key to cancel the operation\n");
            Console.ReadLine();

            // 传达取消请求
            cts.Cancel();
        }
        
        private static void callback(object state)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method Start");
            CancellationToken token =(CancellationToken)state;    
            Count(token, 1000);
        }

        // 执行的操作,当受到取消请求时停止数数
        private static void Count(CancellationToken token,int countto)
        {
            for (int i = 0; i < countto; i++)
            {
                if (token.IsCancellationRequested)
                {
                    Console.WriteLine("Count is canceled");
                    break;
                }

                Console.WriteLine(i);
                Thread.Sleep(300);
            }
            
            Console.WriteLine("Cout has done");       
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程,把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果:

 

四、使用委托实现异步

通过调用ThreadPool的QueueUserWorkItem方法来来启动工作者线程非常方便,但委托WaitCallback指向的是带有一个参数的无返回值的方法,如果我们实际操作中需要有返回值,或者需要带有多个参数, 这时通过这样的方式就难以实现, 为了解决这样的问题,我们可以通过委托来建立工作这线程,

下面代码演示了使用委托如何实现异步:

using System;
using System.Threading;

namespace Delegate
{
    class Program
    {
        // 使用委托的实现的方式是使用了异步变成模型APM(Asynchronous Programming Model)
        // 自定义委托
        private delegate string MyTestdelegate();

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main Thread Start");

            //实例化委托
            MyTestdelegate testdelegate = new MyTestdelegate(asyncMethod);

            // 异步调用委托
            IAsyncResult result = testdelegate.BeginInvoke(null, null);

            // 获取结果并打印出来
            string returndata = testdelegate.EndInvoke(result);
            Console.WriteLine(returndata);

            Console.ReadLine();
        }
        private static string asyncMethod()
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method");
            return "Method has completed";
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程,把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果:

 

五、任务

同样 任务的引入也是为了解决通过ThreadPool.QueueUserWorkItem中限制的问题,

下面代码演示通过任务来实现异步:

5.1 使用任务来实现异步

 

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TaskUse
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main Thread Start");
            // 调用构造函数创建Task对象,
            Task<int> task = new Task<int>(n => asyncMethod((int)n), 10);

            // 启动任务 
            task.Start();
            // 等待任务完成
            task.Wait();
            Console.WriteLine("The Method result is: "+task.Result);

            Console.ReadLine();
        }

        private static int asyncMethod(int n)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method");

            int sum = 0;
            for (int i = 1; i < n; i++)
            {
                // 如果n太大,使用checked使下面代码抛出异常
                checked
                {
                    sum += i;
                }
            }

            return sum;
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程,把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}


运行结果:

5.2 取消任务

如果要取消任务, 同样可以使用一个CancellationTokenSource对象来取消一个Task.

下面代码演示了如何来取消一个任务:

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TaskUse
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main Thread Start");
            CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

            // 调用构造函数创建Task对象,将一个CancellationToken传给Task构造器从而使Task和CancellationToken关联起来
            Task<int> task = new Task<int>(n => asyncMethod(cts.Token, (int)n), 10);

            // 启动任务 
            task.Start();

            // 延迟取消任务
            Thread.Sleep(3000);

            // 取消任务
            cts.Cancel();
            Console.WriteLine("The Method result is: " + task.Result);
            Console.ReadLine();
        }

        private static int asyncMethod(CancellationToken ct, int n)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchoronous Method");

            int sum = 0;
            try
            {
                for (int i = 1; i < n; i++)
                {
                    // 当CancellationTokenSource对象调用Cancel方法时,
                    // 就会引起OperationCanceledException异常
                    // 通过调用CancellationToken的ThrowIfCancellationRequested方法来定时检查操作是否已经取消,
                    // 这个方法和CancellationToken的IsCancellationRequested属性类似
                    ct.ThrowIfCancellationRequested();
                    Thread.Sleep(500);
                    // 如果n太大,使用checked使下面代码抛出异常
                    checked
                    {
                        sum += i;
                    }
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine("Exception is:" + e.GetType().Name);
                Console.WriteLine("Operation is Canceled");
            }

            return sum;
        }

        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程,把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果:

 

5.3 任务工厂

同样可以通过任务工厂TaskFactory类型来实现异步操作。

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TaskFactory
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            Task.Factory.StartNew(() => PrintMessage("Main Thread")); 
            Console.Read();
        }
        // 打印线程池信息
        private static void PrintMessage(String data)
        {
            int workthreadnumber;
            int iothreadnumber;

            // 获得线程池中可用的线程,把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
            // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

            Console.WriteLine("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n CurrentThread is background :{2}\n WorkerThreadNumber is:{3}\n IOThreadNumbers is: {4}\n",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workthreadnumber.ToString(),
                iothreadnumber.ToString());
        }
    }
}

运行结果:

 

讲到这里CLR的工作者线程大致讲完了,希望也篇文章可以让大家对线程又有进一步的理解。在后面的一篇线程系列将谈谈CLR线程池的I/O线程。

 

posted @ 2012-07-18 18:07  Learning hard  阅读(...)  评论(...编辑  收藏