C#多線程編程（二）線程池與TPL

一、直接使用線程的問題

1. 每次都要創建Thread對象，並向操作系統申請創建一個線程，這是需要耗費CPU時間和內存資源的。
2. 無法直接獲取線程函數返回值
3. 無法直接捕捉線程函數內發生的異常

      使用線程池可以解決第一個問題

二、.NET中的線程池

      在這里只簡單的介紹一下ThreadPool，由於TPL的存在，我工作中大部分使用的是TPL中的類，這是后面介紹的重點。

1. ThreadPool.QueueUserWorkItem

      這個方法有三個重載

• public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack)
• public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack, object? state)
• public static bool QueueUserWorkItem<TState>(Action<TState> callBack, TState state, bool preferLocal)

      第一個函數需要傳入一個WaitCallback 委托，該委托的定義如下

• public delegate void WaitCallback(object? state);

      第二個函數多了一個state參數，表示需要傳給委托的參數，若無需傳參調用第一個函數即可。

      第三個函數是一個泛型版本，還多了一個布爾類型的參數preferLocal，這個參數表示傳入的委托將會在放入線程池工作線程的本地隊列還是線程池的全局隊列。

      線程池內部有本地隊列和全局隊列的概念，線程池遵循生產者-消費者模式，線程池還可以為線程數量提供良好的伸縮性，有關.NET線程池的詳細信息，請參見https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.threadpool?view=netcore-3.1

      需要注意的是，線程池中的線程默認為后台線程，這意味着如下代碼一般不能按預期工作。

static void Main(string[] args)
{
     ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
     {
         Thread.Sleep(100);
         Console.WriteLine("執行完畢");
     });
}

      並且由於線程會被復用，所以不能作依賴於某個特定線程的操作。

2. 何時不使用線程池（摘錄微軟文檔）

1. 需要一個前台線程。
2. 需要具有特定優先級的線程。
3. 擁有會導致線程長時間阻塞的任務。 線程池具有最大線程數，因此大量被阻塞的線程池線程可能會阻止任務啟動。
4. 需將線程放入單線程單元。 所有 ThreadPool 線程均位於多線程單元中。
5. 需具有與線程關聯的穩定標識，或需將一個線程專用於一項任務。

三、更方便的解決方案（使用TPL）

1.處理線程池未解決的問題

      線程池雖然解決了線程資源浪費的問題，但是以下兩點還未解決

1. 無法直接獲取線程函數返回值
2. 無法直接捕捉線程函數內發生的異常

      在上一篇中MyTask類可以解決這兩個問題，但由於內部是每個Task直接開一個線程，資源浪費的問題還是沒有解決，所以我們是不是能夠把兩者結合呢？

2.Task初體驗

無返回值無異常

static void Main(string[] args)
{
     Task task = new Task(() => 
     {
         Thread.Sleep(100);
         Console.WriteLine($"是否是線程池線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}");
     });
     task.Start();
     try
     {
         task.Wait();
     }
     catch(Exception e)
     {
         Console.WriteLine(e.Message);
     }
}

輸出如下：

無返回值有異常

static void Main(string[] args)
{
     var task = new Task(() => 
     {
         Console.WriteLine($"是否是線程池線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}");
         var task1 = new Task(() => 
         {
             Console.WriteLine($"是否是線程池線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}");
             throw new Exception("延續任務發生異常");
         },TaskCreationOptions.AttachedToParent);
         task1.Start();
         throw new Exception("主任務發生異常");
     });

    task.Start();
     try
     {
         task.Wait();
     }
     catch(AggregateException ae)//Task內部包裝了異常，有異常發生Wait()內部會拋出一個聚合異常
     {
         foreach(var e in ae.Flatten().InnerExceptions)//把階梯式的聚合異常變為扁平的異常
         {
             Console.WriteLine(e.Message);
         }
     }
}

      有返回值的就不演示了。可以看到，使用Task解決了開始的三種問題，但事物總是具有兩面性，有優點也有缺點，Task會帶來額外的內存分配，Task抽象層次過高，深入理解並使用好並非易事，在與async/await關鍵字配合編寫異步代碼時更加突出。

      網上關於Task的使用例子很多，微軟文檔也很全，我在此這里補充一下需要注意的地方。

• 任務是托管線程上更高層次的抽象
• 任務的執行由任務調度器（TaskScheduler）決定
• 默認的任務調度器是線程池調度器，它使用線程池執行任務
• Task.Run()靜態方法和Task.Start()實例方法以及默認的任務工廠Task.Factory都是使用默認的線程池任務調度器
• 因此說Task是對線程池的封裝是不准確的
• 通過指定TaskCreationOptions.LongRunning枚舉便可讓任務在非線程池中的線程上執行，這樣可以避免長期占用線程池中的線程，因為線程池是有大小的，一般線程池用來處理簡單但量多的工作。

上一篇：（一）進程與線程