C#多線程學習(四) 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：

一種情況：   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，然后才能給予響應
                  這一般使用ThreadPool（線程池）來解決；

另一種情況：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。

在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()方法：將其設置為無信號狀態；
Set()方法：將其設置為有信號狀態。
WaitOne()方法：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。

ThreadPool 的用法示例：

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

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

      //線程池里的線程將調用Beta()方法
      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.GetHashCode()=={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;
         }
         int iX = 2000;
         Thread.Sleep(iX);
         //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 int Main(string[] args) {
         Console.WriteLine("Thread Pool Sample:");
         bool W2K = false;
         int MaxCount = 10;//允許線程池中運行最多10個線程
         //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);
         Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount);
         //創建工作項
         //注意初始化oAlpha對象的eventX屬性
         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NotSupportException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-Windows 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();
         return 0;
      }
   }
}

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，它在程序中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。

我們應該徹底地分析上面的程序，把握住線程池的本質，理解它存在的意義是什么，這樣才能得心應手地使用它。

C#多線程學習系列：

C#多線程學習(一) 多線程的相關概念

http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5571506.html

C#多線程學習(二) 如何操縱一個線程 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584256.html

C#多線程學習(三) 生產者和消費者 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584305.html

C#多線程學習(四) 多線程的自動管理(線程池) 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584351.html

C#多線程學習(五) 多線程的自動管理(定時器) 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584370.html

C#多線程學習(六) 互斥對象 
http://www.cnblogs.com/zpx1986/p/5584387.html