C# 異步多線程入門到精通之ThreadPool篇

Posted on 2021-11-22 by WalkonNet

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啟動線程池線程

ThreadPool 提供的 API 相對於 Thread 是比較少的，在 ThreadPool 中需使用 QueueUserWorkItem 方法，來啟動一個線程

例如：Dosome 是個普通的方法，傳入 QueueUserWorkItem 方法開啟新線程執行此方法

public static void Dosome()
{
    Console.WriteLine($"Task Start ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main 方法開始，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    ThreadPool.QueueUserWorkItem(x => Dosome());

    Console.WriteLine($"Main 方法結束，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

啟動線程，可以看到新開啟瞭一個子線程 3 執行任務，而主線程 1 並沒有等待子線程 3

在這裡插入圖片描述

線程池線程數量

在 1.0 時代的 Thread 是沒有線程數量概念的，在 ThreadPool 2.0 時代，線程池線程數量可以通過 SetMaxThreads、SetMaxThreads 方法設置最小最大線程。也可以查看線程池線程數量，以通過 GetMinThreads、GetMaxThreads 方法獲取線程池最小及最大線程數量。

註意：一般不建議設置 ThreadPool 線程數量，這個操作是全局的。二般情況，當線程池線程耗盡，會造成死鎖。

例如：以通過 SetMaxThreads、SetMaxThreads、GetMinThreads、GetMaxThreads 方法來操作查看線程

{
    ThreadPool.GetMinThreads(out int workerThreadsMin, out int completionPortThreadsMin);//工作線程，io線程
    Console.WriteLine($"【default】最小 workerThreadsMin：{workerThreadsMin}  completionPortThreadsMin：{completionPortThreadsMin}");

    ThreadPool.GetMaxThreads(out int workerThreadsMax, out int completionPortThreadsMax);//工作線程，io線程
    Console.WriteLine($"【default】最大 workerThreadsMax：{workerThreadsMax}  completionPortThreadsMax：{completionPortThreadsMax}");
}

ThreadPool.SetMinThreads(3, 3); // 設置4其實也不是4，應為本機為邏輯八核，最小也就是這個
ThreadPool.SetMaxThreads(7, 7);

{
    ThreadPool.GetMinThreads(out int workerThreadsMin, out int completionPortThreadsMin);//工作線程，io線程
    Console.WriteLine($"【自定義】最小 workerThreadsMin：{workerThreadsMin}  completionPortThreadsMin：{completionPortThreadsMin}");

    ThreadPool.GetMaxThreads(out int workerThreadsMax, out int completionPortThreadsMax);//工作線程，io線程
    Console.WriteLine($"【自定義】最大 workerThreadsMax：{workerThreadsMax}   completionPortThreadsMax：{completionPortThreadsMax}");
}

ThreadPool.SetMinThreads(5, 5); // 設置4其實也不是4，應為本機為邏輯八核，最小也就是這個
ThreadPool.SetMaxThreads(16, 16);

{
    ThreadPool.GetMinThreads(out int workerThreadsMin, out int completionPortThreadsMin);//工作線程，io線程
    Console.WriteLine($"【自定義】最小 workerThreadsMin：{workerThreadsMin}  completionPortThreadsMin：{completionPortThreadsMin}");

    ThreadPool.GetMaxThreads(out int workerThreadsMax, out int completionPortThreadsMax);//工作線程，io線程
    Console.WriteLine($"【自定義】最大 workerThreadsMax：{workerThreadsMax}   completionPortThreadsMax：{completionPortThreadsMax}");
}

在這裡插入圖片描述

線程池線程等待

看瞭前面 ThreadPool 相關的講解，有小夥伴可能會發現，我們一直沒有說等待線程，那 ThreadPool 有相關的 API 嗎？答案：沒有

但可以通過 ManualResetEvent 方式實現線程等待。一般來說不建議線程等待，二般情況也不建議。應為線程池裡面，線程數量有限，寫代碼無意間造成的線程等待沒有釋放，一旦線程池線程耗盡就會形成死鎖。除非非得等待情況，但記得一定要釋放等待，多多檢查代碼。

例如：線程等待，ManualResetEvent 初始化為 false，Set() 方法會設置為 true，WaitOne() 方法會檢查 ManualResetEvent 對象是否為 true，如果不為會一直等待，如果為 true 會直接過去

public static void Dosome()
{
    Console.WriteLine($"Task Start ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Thread.Sleep(5 * 1000); // 模擬任務耗時
    Console.WriteLine($"Task End ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main 方法開始，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(x =>
    {
        Dosome();
        manualResetEvent.Set(); // 會變成 true
    });
    manualResetEvent.WaitOne();

    Console.WriteLine($"Main 方法結束，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

啟動程序，可以看到主線程 1 等待子線程 3 執行完成後，在執行瞭 Main 方法結束代碼

在這裡插入圖片描述

例如：線程耗盡形成死鎖，首先對線程池線程數量進行瞭限制，最大為 10 個線程。接著我們循環啟動 18 個線程工作，且讓前 18 個線程形成等待。

 Console.WriteLine($"Main 方法開始，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

 ThreadPool.SetMinThreads(4, 4);
 ThreadPool.SetMaxThreads(10, 10);
 ThreadPool.GetMinThreads(out int workerThreadsMin, out int completionPortThreadsMin);//工作線程，io線程
 Console.WriteLine($"【自定義】最小 workerThreadsMin：{workerThreadsMin}  completionPortThreadsMin：{completionPortThreadsMin}");
 ThreadPool.GetMaxThreads(out int workerThreadsMax, out int completionPortThreadsMax);//工作線程，io線程
 Console.WriteLine($"【自定義】最大 workerThreadsMax：{workerThreadsMax}   completionPortThreadsMax：{completionPortThreadsMax}");

 ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);
 for (int i = 0; i < 20; i++)
 {
     int k = i;
     ThreadPool.QueueUserWorkItem((x) =>
     {
         Console.WriteLine(k);
         if (k < 18)
         {
             manualResetEvent.WaitOne();
         }
         else
         {
             manualResetEvent.Set();
         }
     });
 }
 manualResetEvent.WaitOne();

 Console.WriteLine($"Main 方法結束，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

 Console.ReadLine();

啟動程序，可以看到，當開啟 10 個線程後，程序就已經不再運行瞭。這是當程循環開啟第 11 個子線程時，發現線程池裡面沒有線程瞭，就會一直等待，這樣一個狀態就是死鎖。

在這裡插入圖片描述

線程回調

講到現在，細心的小夥伴會發現一直沒有說線程回調，即當子線程執行一個任務完成後，再執行一個任務。其實 Thread 與 ThreadPool 都沒有回調，但是可以創造出 Callback，那就是包一層，如果不行那就再包一層。

Thread

例如：創建一個普通方法 ThreadWithCallback 傳入兩個委托參數，一個實際任務，一個 Callback。接著在內部使用 Thread 開啟一個新的線程，執行 action、callback 方法。

private static void ThreadWithCallback(Action action, Action callback)
{
    Thread thread = new Thread(() =>
    {
        action.Invoke();
        callback.Invoke();
    });
    thread.Start();
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main 方法開始，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    ThreadWithCallback(() =>
    {
        Console.WriteLine($"action，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    }, () =>
    {
        Console.WriteLine($"callback，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    });

    Console.WriteLine($"Main 方法結束，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

啟動程序，可以看到 action 執行後，再執行瞭 callback

在這裡插入圖片描述

ThreadPool

例如：創建一個普通方法 ThreadWithCallback 傳入兩個委托參數，一個實際任務，一個 Callback。接著在內部使用 ThreadPool 開啟一個新的線程，執行 action、callback 方法。

private static void ThreadWithCallback(Action action, Action callback)
{
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(x =>
    {
        action.Invoke();
        callback.Invoke();
    });
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main 方法開始，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    ThreadWithCallback(() =>
    {
        Console.WriteLine($"action，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    }, () =>
    {
        Console.WriteLine($"callback，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    });

    Console.WriteLine($"Main 方法結束，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

啟動程序，可以看到 action 執行後，再執行瞭 callback

在這裡插入圖片描述

線程返回值

講到現在，細心的小夥伴會發現一直沒有說線程返回值，在 1.0、2.0 時代的 Thread、ThreadPool 是沒有提供相關 API 的。但是可以創造出來，還是包一層，如果不行那就再包一層。

Thread

例如：創建一個普通方法 ThreadWithReturnCallback 返回與入參都是 Func< T >，內部啟用一個 Thread 執行委托，return 一個帶返回值的委托且 Thread 的線程等待放置裡面。使用時給 ThreadWithReturnCallback 方法傳入帶返回值的委托即可，因為 ThreadWithReturnCallback 方法返回值也是委托，所以要想獲得結果需要在外部 Invoke 一下，這個 Invoke 操作會卡主線程。

private static Func<T> ThreadWithReturnCallback<T>(Func<T> func)
{
    T t = default(T);
    Thread thread = new Thread(() =>
    {
        t = func.Invoke();
    });
    thread.Start();

    return () =>
    {
        thread.Join();
        return t;
    };
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main 方法開始，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Func<int> func = ThreadWithReturnCallback<int>(() =>
    {
        return DateTime.Now.Millisecond;
    });

    int iResult = func.Invoke();
    Console.WriteLine(iResult);

    Console.WriteLine($"Main 方法結束，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

在這裡插入圖片描述

ThreadPool

例如：創建一個普通方法 ThreadPoolWithReturnCallback 返回與入參都是 Func< T >，使用 QueueUserWorkItem 方法啟動線程執行委托，因為 ThreadPool 本身並未提供線程等待方法，所以這裡使用 ManualResetEvent 進行線程等待，return 一個帶返回值的委托且 ManualResetEvent WaitOne 線程等待放置裡面。使用時給 ThreadPoolWithReturnCallback 方法傳入帶返回值的委托即可，因為 ThreadPoolWithReturnCallback 方法返回值也是委托，所以要想獲得結果需要在外部 Invoke 一下，這個 Invoke 操作會卡主線程。

private static Func<T> ThreadPoolWithReturnCallback <T>(Func<T> func)
{
    T t = default(T);

    ManualResetEvent manualResetEvent = new ManualResetEvent(false);

    ThreadPool.QueueUserWorkItem(x =>
    {
        t = func.Invoke();
        manualResetEvent.Set(); // 會變成 true
    });

    return () =>
    {
        manualResetEvent.WaitOne();    
        return t;
    };
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main 方法開始，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Func<int> func = ThreadPoolWithReturnCallback <int>(() =>
    {
        return DateTime.Now.Millisecond;
    });

    int iResult = func.Invoke();
    Console.WriteLine(iResult);

    Console.WriteLine($"Main 方法結束，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

在這裡插入圖片描述

線程池線程重用

在 1.0 時代的 Thread 每次創建實例都會向操作系統申請線程，2.0 時代的 ThreadPool 每次使用 QueueUserWorkItem 都會向線程池拿取線程，並不會向操作系統申請線程。所以，使用 ThreadPool 創建線程的效率是高於 Thread 的。

例如：我們開啟三波線程執行任務，執行相同的任務

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main 方法開始，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}\n");

    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"張三，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"李四，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"王五，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"麻溜，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });

    Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine();

    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"張三，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"李四，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"王五，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"麻溜，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });

    Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine();

    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"張三，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"李四，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"王五，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => { Console.WriteLine($"麻溜，任務處理完成。ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}\n"); });

    Thread.Sleep(1000);

    Console.WriteLine($"Main 方法結束，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，DateTime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

啟動程序，第一波的時候啟用瞭 3、4、6、7，第二波重用瞭第一波的 6、7、第三波重用瞭第一、第二波的 3、4、5、8。其中未重用的呢，是線程並未回收（回收需要時間），所以未重用。

在這裡插入圖片描述

擴展知識-委托線程

委托的 BeginInvoke 方法使用的是線程池的線程，在任務執行完成後，子線程時不會被立馬回收的，除非調用 EndInvoke 可以立馬結束子線程回到線程池，利於線程更好的重用。

例如：BeginInvoke 線程不能立馬被回收重用

static void Main(string[] args)
{
    Action<int> action = x =>
    {
        Console.WriteLine($"我是 {x}，Thread：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    };

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        action.BeginInvoke(i,null,null);
    }

    Console.ReadLine();
}

啟動線程，並發五次，分別啟用瞭4、5、7、8、9，五個線程

在這裡插入圖片描述

例如：EndInvoke 線程更好重用，BeginInvoke 方法的第二個參數

static void Main(string[] args)
{
    Action<int> action = x =>
    {
        Console.WriteLine($"我是 {x}，Thread：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    };

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        action.BeginInvoke(i, e => { action.EndInvoke(e); }, null);
    }

    Console.ReadLine();
}

啟程序，可以看到並發 5 次隻使用瞭，線程 3 與 8。

在這裡插入圖片描述

到此這篇關於C# 異步多線程入門到精通之ThreadPool篇的文章就介紹到這瞭,更多相關C# ThreadPool內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

C# 異步多線程入門到精通之ThreadPool篇

啟動線程池線程

線程池線程數量

線程池線程等待

線程回調

Thread

ThreadPool

線程返回值

Thread

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