C# （江湖小新）- 多线程之线程池 (线程也有专门的管理部门)

线程池的基本概念

什么是线程池？

•  .NET Framework的ThreadPool类提供一个线程池
• “线程池”是可以用来在后台执行多个任务的线程集合
• 线程池通常用于服务器应用程序。 每个传入请求都将分配给线程池中的一个线程，因此可以异步处理请求，而不会占用主线程，也不会延迟后续请求的处理
• 一旦池中的某个线程完成任务，它将返回到等待线程队列中，等待被再次使用。 这种重用使应用程序可以避免为每个任务创建新线程的开销
• 线程池通常具有最大线程数限制。 如果所有线程都繁忙，则额外的任务将放入队列中，直到有线程可用时才能够得到处理

为什么要用线程池？

• 线程是非常消耗资源的，如果我们每次需要子线程来执行任务，就去创建一个新的线程，那当我们执行1千次1万次甚至是100万次的时候，那么电脑的资源消耗就非常严重，甚至承受不了
• 线程池可以避免大量的创建和销毁的开支，具有更好的性能和稳定性
• 开发人员把线程交给系统管理，可以集中精力处理其他任务

前台线程&后台线程

• 前台线程： 当程序运行起来后，主线程已经运行结束了，但是程序却没有停止，子线程依然在运行
• 后台线程：只要主线程和所有的前台线程执行结束，就算后台线程的任务还没完成，也会强行打断直接退出
• 特点：后台适用于不太重要的任务，即被中断了也没事的。  前台线程适用于比较重要的任务，必须等任务执行完程序才能关闭
• ThreadPool 线程池中的线程都是 后台线程

线程池的使用

设置线程池大小

• ThreadPool.SetMaxThreads (int workerThreads,int completionPortThreads)
• ThreadPool.SetMinThreads (int workerThreads,int completionPortThreads)
• 参数解析：
  • completionPortThreads：线程池中异步 I/O 线程的数目 （I/O 完成线程）
  • workerThreads：线程池中辅助线程的数目（工作线程）
• 对于以上两个参数的解释，摘自网络其它博客：
  • 工作者线程
    • 用来完成一些计算的任务，在任务执行的过程中，需要CPU不间断地处理，所以，在工作者线程的执行过程中，CPU和线程的资源是充分利用的
    • .NET中的术语工作者线程指的是任何线程而不是仅仅主线程
  • I/O线程
    • 主要用来完成输入和输出的工作，在这种情况下， 计算机需要I/O设备完成输入和输出的任务。在处理过程中，CPU是不需要参与处理过程的，此时正在运行的线程将处于等待状态，只有等任务完成后才会有事可做， 这样就造成线程资源浪费的问题。为了解决这样的问题，可以通过线程池来解决这样的问题，让线程池来管理线程
    • .NET中的一些API方法，通过APM（异步编程模式），内部实现了ThreadPool.BindHandle方法。BeginXXX方法将用户的回调委托送到某个设备驱动程序，然后返回线程池。
      当做完成后，OS会通过IOCP提醒CLR它工作已经完成，当接收到通知后，I/O线程会醒来并且运行用户的回调

    • 所以工作线程由开发人员调用，I/O线程由CLR调用。所以通常情况下，开发者并不会直接用到它。因此可以认为，工作者线程和I/O线程没有区别，它们都是普通的线程，但是CLR线程池中区分它们的目的是为了避免线程都去处理I/O回调而被耗尽，从而引发死锁。（设想，所有的工作者线程每一个都去等待I/O异步完成。）

启动线程任务使用： QueueUserWorkItem()方法

• static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack)：参数为一个带一个object类型参数的委托，最后返回bool值成功则返回true

class ThreadPoolTest
{
	static void Main()
	{
		Console.WriteLine("启动多线程...");
		for(int i = 0; i <10; i++)
		{
			ThreadPool.QueueUserWorkItem( p => printStr("当前线程") );
		}
		Console.WriteLine("结束多线程...");
		Console.ReadKey();
	}

	private static void printStr(string str)
	{
		Console.WriteLine("{0}是：{1}", str, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
	}
}

输出结果， 可以看到有很多线程ID是重复的，这就是线程池的强大之处了

启动多线程...
结束多线程...
当前线程是：8
当前线程是：6
当前线程是：10
当前线程是：9
当前线程是：7
当前线程是：11
当前线程是：12
当前线程是：9
当前线程是：6
当前线程是：10

查看最大/最小线程数 && 设置最大/最小线程数

class ThreadPoolTest
{
	static void Main()
	{
		// 获取默认的线程池中的最大,最小线程数
		ThreadPool.GetMaxThreads(out int maxWorkerThreads, out int maxCompletionPortThreads);
		Console.WriteLine("最大线程数,工作线程：{0}, IO线程数:{1}", maxWorkerThreads, maxCompletionPortThreads);
		ThreadPool.GetMinThreads(out int minWorkerThreads, out int minCompletionPortThreads);
		Console.WriteLine("最小线程数,工作线程：{0}, IO线程数:{1}", minWorkerThreads, minCompletionPortThreads);

		// 重新设置最大、最小线程数
		ThreadPool.SetMaxThreads(10, 10);
		ThreadPool.SetMinThreads(3, 3);
		// 获取默认的线程池中的最大,最小线程数
		ThreadPool.GetMaxThreads(out int newMaxWorkThread, out int newMaxIOThread);
		Console.WriteLine("重新设置后的最大线程数,工作线程：{0}, IO线程数:{1}", newMaxWorkThread, newMaxIOThread);
		ThreadPool.GetMinThreads(out int newMinWorkThread, out int newMinIOThread);
		Console.WriteLine("重新设置后的最小线程数,工作线程：{0}, IO线程数:{1}", newMinWorkThread, newMinIOThread);


		Console.WriteLine("启动多线程...");
		for(int i = 0; i <10; i++)
		{
			ThreadPool.QueueUserWorkItem( p => printStr("当前线程") );
		}
		Console.WriteLine("结束多线程...");
		Console.ReadKey();
	}

	private static void printStr(string str)
	{
		Console.WriteLine("{0}是：{1}", str, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
	}
}

输出结果

最大线程数,工作线程：32767, IO线程数:1000
最小线程数,工作线程：8, IO线程数:8
重新设置后的最大线程数,工作线程：10, IO线程数:10
重新设置后的最小线程数,工作线程：3, IO线程数:3
启动多线程...
结束多线程...
当前线程是：6
当前线程是：9
当前线程是：7
当前线程是：8
当前线程是：11
当前线程是：10
当前线程是：12
当前线程是：11
当前线程是：7
当前线程是：9

ThreadPool.SetMaxThreads的默认值

• 它取决于.NET框架版本，在2.0,3.0和4.0中进行了更改。 在2.0中它是核心数量的50倍。 在3.0（又名2.0 SP1）中，它是内核数量的250倍，4.0根据位数和操作系统资源使其动态化。 默认 Max I / O完成线程是1000
• 一般来说，它是非常的高，一个程序永远不会接近

使用以上方法设置线程数据大小时需注意

• 不能将最大工作线程数或 I/O 完成线程数设置为小于计算机上的处理器数的数字
• 不能将最大工作线程数或 I/O 完成线程数设置为小于相应最小工作线程数或 I/O 完成线程数的数字
• 默认情况下，最小线程数设置为系统上的处理器数。 可以使用该方法 SetMinThreads 增加最小线程数。 但是，不必要地增加这些值可能导致性能问题。 如果在同一时间开始太多的任务，则所有任务均可能会很慢。 在大多数情况下，线程池将使用自己的算法更好地分配线程。 将最小处理器减少到小于处理器数也会损害性能

查看系统cpu的处理数

线程等待

由于线程池中的线程都是后台线程，当主线程及所有前台线程执行完时，后台线程就会被中断，但如果我们希望 主线程等待 线程池执行完成任务后再关闭程序 怎么办呢？

需要使用到ManualResetEvent类

ManualResetEvent需要一个bool类型的参数来表示暂停和停止 

class ThreadPoolTest2
{
	// 参数设置为false
	static ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);
   
	static void Main()
	{
		Console.WriteLine("启动多线程...");
		ThreadPool.QueueUserWorkItem(p => printStr("当前线程"));
		// 等待 线程池执行任务完成
		manualResetEvent.WaitOne();
		Console.WriteLine("结束多线程...");
	}

	private static void printStr(string str)
	{
		Console.WriteLine("{0}是：{1}", str, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
		// 设置为true
		manualResetEvent.Set();
	}
}

输出结果

启动多线程...
当前线程是：6
结束多线程...

ManualResetEvent类的参数值执行顺序如下：

• false-- WaitOne等待      
• true--WaitOne通过

注：一般情况下，不要阻塞线程池中的线程，因为写代码无意间造成的线程等待没有释放，一旦线程池线程耗尽就会形成死锁

造成死锁的案例： 设置了最大线程数是9，循环创建15个线程，意味着 后6个线程必然需要利用线程池中前面用过的线程， 但是由于前面创建的线程都直接让阻塞了，没有释放，这时循环到第10个线程时由于没有空闲线程，线程池没法执行就直接跳过了，主线程会继续执行后面的循环，这样也永远不会 执行 manualResetEvent.Set() 方法，最后就成死锁了

private static void Test1()
{
	// 设置最大线程
	ThreadPool.SetMaxThreads(9, 9);
	// 设置最小线程
	ThreadPool.SetMinThreads(3, 3);
	ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);
	for (int i = 0; i < 15; i++)
	{
		int k = i;
		ThreadPool.QueueUserWorkItem(p =>
		{
			Console.WriteLine(k);
			if (k < 10)
			{
				manualResetEvent.WaitOne();
			}
			else
			{
				// 设为true
				manualResetEvent.Set();
			}
		});
	}
	if (manualResetEvent.WaitOne())
	{
		Console.WriteLine("没有死锁。。。。。。。。。");
	}
	Console.WriteLine("结束。。。。。。。。。。");
}

输出结果

1
0
2
3
4
5
6
7
8

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