C# 多線程的自動管理(線程池)

在多線程的程序中，經常會出現兩種情況：
   1. 應用程序中線程把大部分的時間花費在等待狀態，等待某個事件發生，然后給予響應。這一般使用 ThreadPool（線程池）來解決。 
   2. 線程平時都處於休眠狀態，只是周期性地被喚醒。這一般使用 Timer（定時器）來解決。

ThreadPool 類提供一個由系統維護的線程池（可以看作一個線程的容器），該容器需要 Windows 2000 以上系統支持，因為其中某些方法調用了只有高版本的Windows 才有的 API 函數。

將線程安放在線程池里，需使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem() 方法，該方法的原型如下：
    // 將一個線程放進線程池，該線程的 Start() 方法將調用 WaitCallback 代理對象代表的函數
    public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);
    // 重載的方法如下，參數 object 將傳遞給 WaitCallback 所代表的方法
    public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);
注意：
    ThreadPool 類是一個靜態類，你不能也不必要生成它的對象。而且一旦使用該方法在線程池中添加了一個項目，那么該項目將是無法取消的。這里你無需自己建立線程，只需把你要做的工作寫成函數，然后作為參數傳遞給ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了，傳遞的方法就是依靠 WaitCallback 代理對象，而線程的建立、管理、運行等工作都是由系統自動完成的，你無須考慮那些復雜的細節問題。

 

ThreadPool 的用法：
    首先程序創建了一個 ManualResetEvent 對象，該對象就像一個信號燈，可以利用它的信號來通知其它線程。本例中，當線程池中所有線程工作都完成以后，ManualResetEvent 對象將被設置為有信號，從而通知主線程繼續運行。
ManualResetEvent 對象有幾個重要的方法：
    初始化該對象時，用戶可以指定其默認的狀態（有信號/無信號）；
    在初始化以后，該對象將保持原來的狀態不變，直到它的 Reset() 或者 Set() 方法被調用：
    Reset()：
        將其設置為無信號狀態；
    Set()：
        將其設置為有信號狀態。
    WaitOne()：
        使當前線程掛起，直到 ManualResetEvent 對象處於有信號狀態，此時該線程將被激活。然后，程序將向線程池中添加工作項，這些以函數形式提供的工作項被系統用來初始化自動建立的線程。當所有的線程都運行完了以后，ManualResetEvent.Set() 方法被調用，因為調用了 ManualResetEvent.WaitOne() 方法而處在等待狀態的主線程將接收到這個信號，於是它接着往下執行，完成后邊的工作。

using System;
using System.Collections;
using System.Threading;

namespace ThreadExample
{
    /// <summary>
    /// 這是用來保存信息的數據結構，將作為參數被傳遞
    /// </summary>
    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;
        }

        /// <summary>
        /// 線程池里的線程將調用 Beta()方法
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        public void Beta(Object state)
        {
            // 輸出當前線程的 hash 編碼值和 Cookie 的值
            Console.WriteLine(" {0} {1} :", Thread.CurrentThread.GetHashCode(), ((SomeState)state).Cookie);
            Console.WriteLine("HashCount.Count=={0}, Thread.CurrentThread.GetHash Code()=={1}", HashCount.Count,
                Thread.CurrentThread.GetHashCode());
            lock (HashCount)
            {
                // 如果當前的 Hash 表中沒有當前線程的 Hash 值，則添加之
                if (!HashCount.ContainsKey(Thread.CurrentThread.GetHashCode()))
                    HashCount.Add(Thread.CurrentThread.GetHashCode(), 0);
                HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()] = ((int)HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()]) + 1;
            }

            Thread.Sleep(2000);
            // Interlocked.Increment() 操作是一個原子操作，具體請看下面說明
            Interlocked.Increment(ref iCount);
            if (iCount == iMaxCount)
            {
                Console.WriteLine();
                Console.WriteLine("Setting eventX ");
                eventX.Set();
            }
        }
    }

    public class SimplePool
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Thread Pool Sample:");

            bool W2K = false;

            // 允許線程池中運行最多 10 個線程
            int MaxCount = 10;

            // 新建 ManualResetEvent 對象並且初始化為無信號狀態
            ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);

            Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);

            // 注意初始化 oAlpha 對象的 eventX 屬性
            Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount);
            oAlpha.eventX = eventX;
            Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");
            try
            {
                // 將工作項裝入線程池
                // 這里要用到 Windows 2000 以上版本才有的 API，所以可能出現 NotSupp ortException 異常
                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-Wind ows 2000 system.");
                W2K = false;
            }
            if (W2K) // 如果當前系統支持 ThreadPool 的方法.
            {
                for (int iItem = 1; iItem < MaxCount; iItem++)
                {
                    // 插入隊列元素
                    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，即線程調用 ManualResetEvent.Set() 方法
                eventX.WaitOne(Timeout.Infinite, true);

                // WaitOne() 方法使調用它的線程等待直到 eventX.Set() 方法被調用
                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();
        }
    }
}

    程序中應該引起注意的地方：
    SomeState 類是一個保存信息的數據結構，它作為參數被傳遞給每一個線程，因為你需要把一些有用的信息封裝起來提供給線程，而這種方式是非常有效的。
    程序出現的 InterLocked 類也是專為多線程程序而存在的，它提供了一些有用的原子操作。原子操作：就是在多線程程序中，如果這個線程調用這個操作修改一個變量，那么其他線程就不能修改這個變量了，這跟 lock 關鍵字在本質上是一樣的。