异步多线程之ThreadPool详解

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介绍

ThreadPool 是 .net 2.0 时代的产物，有了 Thread 为什么还会有 ThreadPool 呢？ThreadPool 可以做到限制线程数量、重用线程。

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

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}");
}

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


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。

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

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

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();
}

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();
}

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。

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

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。

版权说明 : 本文为转载文章, 版权归原作者所有 版权申明

原文链接 : https://blog.csdn.net/weixin_46785144/article/details/121104117

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