C# 异步多线程入门到精通之ThreadPool篇

程序员文章站 2022-06-15 19:08:27

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启动线程池线程

threadpool 提供的 api 相对于 thread 是比较少的，在 threadpool 中需使用 queueuserworkitem 方法，来启动一个线程

例如：dosome 是个普通的方法，传入 queueuserworkitem 方法开启新线程执行此方法

public static void dosome()
{
    console.writeline($"task start threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");
}

static void main(string[] args)
{
    console.writeline($"main 方法开始，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    threadpool.queueuserworkitem(x => dosome());

    console.writeline($"main 方法结束，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    console.readline();
}

启动线程，可以看到新开启了一个子线程 3 执行任务，而主线程 1 并没有等待子线程 3

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线程池线程数量

在 1.0 时代的 thread 是没有线程数量概念的，在 threadpool 2.0 时代，线程池线程数量可以通过 setmaxthreads、setmaxthreads 方法设置最小最大线程。也可以查看线程池线程数量，以通过 getminthreads、getmaxthreads 方法获取线程池最小及最大线程数量。

注意：一般不建议设置 threadpool 线程数量，这个操作是全局的。二般情况，当线程池线程耗尽，会造成死锁。

例如：以通过 setmaxthreads、setmaxthreads、getminthreads、getmaxthreads 方法来操作查看线程

{
    threadpool.getminthreads(out int workerthreadsmin, out int completionportthreadsmin);//工作线程，io线程
    console.writeline($"【default】最小 workerthreadsmin：{workerthreadsmin}  completionportthreadsmin：{completionportthreadsmin}");

    threadpool.getmaxthreads(out int workerthreadsmax, out int completionportthreadsmax);//工作线程，io线程
    console.writeline($"【default】最大 workerthreadsmax：{workerthreadsmax}  completionportthreadsmax：{completionportthreadsmax}");
}

threadpool.setminthreads(3, 3); // 设置4其实也不是4，应为本机为逻辑八核，最小也就是这个
threadpool.setmaxthreads(7, 7);

{
    threadpool.getminthreads(out int workerthreadsmin, out int completionportthreadsmin);//工作线程，io线程
    console.writeline($"【自定义】最小 workerthreadsmin：{workerthreadsmin}  completionportthreadsmin：{completionportthreadsmin}");

    threadpool.getmaxthreads(out int workerthreadsmax, out int completionportthreadsmax);//工作线程，io线程
    console.writeline($"【自定义】最大 workerthreadsmax：{workerthreadsmax}   completionportthreadsmax：{completionportthreadsmax}");
}

threadpool.setminthreads(5, 5); // 设置4其实也不是4，应为本机为逻辑八核，最小也就是这个
threadpool.setmaxthreads(16, 16);

{
    threadpool.getminthreads(out int workerthreadsmin, out int completionportthreadsmin);//工作线程，io线程
    console.writeline($"【自定义】最小 workerthreadsmin：{workerthreadsmin}  completionportthreadsmin：{completionportthreadsmin}");

    threadpool.getmaxthreads(out int workerthreadsmax, out int completionportthreadsmax);//工作线程，io线程
    console.writeline($"【自定义】最大 workerthreadsmax：{workerthreadsmax}   completionportthreadsmax：{completionportthreadsmax}");
}

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线程池线程等待

看了前面 threadpool 相关的讲解，有小伙伴可能会发现，我们一直没有说等待线程，那 threadpool 有相关的 api 吗？答案：没有

但可以通过 manualresetevent 方式实现线程等待。一般来说不建议线程等待，二般情况也不建议。应为线程池里面，线程数量有限，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。除非非得等待情况，但记得一定要释放等待，多多检查代码。

例如：线程等待，manualresetevent 初始化为 false，set() 方法会设置为 true，waitone() 方法会检查 manualresetevent 对象是否为 true，如果不为会一直等待，如果为 true 会直接过去

public static void dosome()
{
    console.writeline($"task start threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");
    thread.sleep(5 * 1000); // 模拟任务耗时
    console.writeline($"task end threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");
}

static void main(string[] args)
{
    console.writeline($"main 方法开始，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    manualresetevent manualresetevent = new manualresetevent(false);
    threadpool.queueuserworkitem(x =>
    {
        dosome();
        manualresetevent.set(); // 会变成 true
    });
    manualresetevent.waitone();

    console.writeline($"main 方法结束，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    console.readline();
}

启动程序，可以看到主线程 1 等待子线程 3 执行完成后，在执行了 main 方法结束代码

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例如：线程耗尽形成死锁，首先对线程池线程数量进行了限制，最大为 10 个线程。接着我们循环启动 18 个线程工作，且让前 18 个线程形成等待。

 console.writeline($"main 方法开始，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

 threadpool.setminthreads(4, 4);
 threadpool.setmaxthreads(10, 10);
 threadpool.getminthreads(out int workerthreadsmin, out int completionportthreadsmin);//工作线程，io线程
 console.writeline($"【自定义】最小 workerthreadsmin：{workerthreadsmin}  completionportthreadsmin：{completionportthreadsmin}");
 threadpool.getmaxthreads(out int workerthreadsmax, out int completionportthreadsmax);//工作线程，io线程
 console.writeline($"【自定义】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 方法结束，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

 console.readline();

启动程序，可以看到，当开启 10 个线程后，程序就已经不再运行了。这是当程循环开启第 11 个子线程时，发现线程池里面没有线程了，就会一直等待，这样一个状态就是死锁。

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线程回调

讲到现在，细心的小伙伴会发现一直没有说线程回调，即当子线程执行一个任务完成后，再执行一个任务。其实 thread 与 threadpool 都没有回调，但是可以创造出 callback，那就是包一层，如果不行那就再包一层。

thread

例如：创建一个普通方法 threadwithcallback 传入两个委托参数，一个实际任务，一个 callback。接着在内部使用 thread 开启一个新的线程，执行 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 方法开始，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 方法结束，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    console.readline();
}

启动程序，可以看到 action 执行后，再执行了 callback

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threadpool

例如：创建一个普通方法 threadwithcallback 传入两个委托参数，一个实际任务，一个 callback。接着在内部使用 threadpool 开启一个新的线程，执行 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 方法开始，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 方法结束，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    console.readline();
}

启动程序，可以看到 action 执行后，再执行了 callback

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线程返回值

讲到现在，细心的小伙伴会发现一直没有说线程返回值，在 1.0、2.0 时代的 thread、threadpool 是没有提供相关 api 的。但是可以创造出来，还是包一层，如果不行那就再包一层。

thread

例如：创建一个普通方法 threadwithreturncallback 返回与入参都是 func< t >，内部启用一个 thread 执行委托，return 一个带返回值的委托且 thread 的线程等待放置里面。使用时给 threadwithreturncallback 方法传入带返回值的委托即可，因为 threadwithreturncallback 方法返回值也是委托，所以要想获得结果需要在外部 invoke 一下，这个 invoke 操作会卡主线程。

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 方法开始，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 方法结束，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    console.readline();
}

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threadpool

例如：创建一个普通方法 threadpoolwithreturncallback 返回与入参都是 func< t >，使用 queueuserworkitem 方法启动线程执行委托，因为 threadpool 本身并未提供线程等待方法，所以这里使用 manualresetevent 进行线程等待，return 一个带返回值的委托且 manualresetevent waitone 线程等待放置里面。使用时给 threadpoolwithreturncallback 方法传入带返回值的委托即可，因为 threadpoolwithreturncallback 方法返回值也是委托，所以要想获得结果需要在外部 invoke 一下，这个 invoke 操作会卡主线程。

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(); // 会变成 true
    });

    return () =>
    {
        manualresetevent.waitone();    
        return t;
    };
}

static void main(string[] args)
{
    console.writeline($"main 方法开始，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 方法结束，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    console.readline();
}

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线程池线程重用

在 1.0 时代的 thread 每次创建实例都会向操作系统申请线程，2.0 时代的 threadpool 每次使用 queueuserworkitem 都会向线程池拿取线程，并不会向操作系统申请线程。所以，使用 threadpool 创建线程的效率是高于 thread 的。

例如：我们开启三波线程执行任务，执行相同的任务

static void main(string[] args)
{
    console.writeline($"main 方法开始，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}\n");

    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"张三，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"李四，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"王五，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"麻溜，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });

    thread.sleep(1000);console.writeline();

    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"张三，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"李四，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"王五，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"麻溜，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });

    thread.sleep(1000); console.writeline();

    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"张三，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"李四，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"王五，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}"); });
    threadpool.queueuserworkitem(t => { console.writeline($"麻溜，任务处理完成。threadid:{thread.currentthread.managedthreadid}\n"); });

    thread.sleep(1000);

    console.writeline($"main 方法结束，threadid：{thread.currentthread.managedthreadid}，datetime：{datetime.now.tolongtimestring()}");

    console.readline();
}

启动程序，第一波的时候启用了 3、4、6、7，第二波重用了第一波的 6、7、第三波重用了第一、第二波的 3、4、5、8。其中未重用的呢，是线程并未回收（回收需要时间），所以未重用。

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扩展知识-委托线程

委托的 begininvoke 方法使用的是线程池的线程，在任务执行完成后，子线程时不会被立马回收的，除非调用 endinvoke 可以立马结束子线程回到线程池，利于线程更好的重用。

例如：begininvoke 线程不能立马被回收重用

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();
}

启动线程，并发五次，分别启用了4、5、7、8、9，五个线程

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例如：endinvoke 线程更好重用，begininvoke 方法的第二个参数

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();
}

启程序，可以看到并发 5 次只使用了，线程 3 与 8。

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线程返回值

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线程池线程重用

扩展知识-委托线程

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