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);

注意：
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。

程序输出结果：
 
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。