C#多线程(下) 分类： C# 线程 2015-03-09 10:41 153人阅读评论(0) 收藏

四、多线程的自动管理(线程池)

在多线程的程序中，经常会出现两种情况：

一种情况：应用程序中，线程把大部分的时间花费在等待状态，等待某个事件发生，然后才能给予响应

这一般使用ThreadPool（线程池）来解决；

另一种情况：线程平时都处于休眠状态，只是周期性地被唤醒

这一般使用Timer（定时器）来解决；

ThreadPool类提供一个由系统维护的线程池（可以看作一个线程的容器），该容器需要 Windows 2000 以上系统支持，因为其中某些方法调用了只有高版本的Windows才有的API函数。

将线程安放在线程池里，需使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法，该方法的原型如下：

//将一个线程放进线程池，该线程的Start()方法将调用WaitCallback代理对象代表的函数

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);

//重载的方法如下，参数object将传递给WaitCallback所代表的方法

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);

ThreadPool类是一个静态类，你不能也不必要生成它的对象。而且一旦使用该方法在线程池中添加了一个项目，那么该项目将是无法取消的。

在这里你无需自己建立线程，只需把你要做的工作写成函数，然后作为参数传递给ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了，传递的方法就是依靠WaitCallback代理对象，而线程的建立、管理、运行等工作都是由系统自动完成的，你无须考虑那些复杂的细节问题。

ThreadPool 的用法：

首先程序创建了一个ManualResetEvent对象，该对象就像一个信号灯，可以利用它的信号来通知其它线程。

本例中，当线程池中所有线程工作都完成以后，ManualResetEvent对象将被设置为有信号，从而通知主线程继续运行。

ManualResetEvent对象有几个重要的方法：

初始化该对象时，用户可以指定其默认的状态（有信号/无信号）；

在初始化以后，该对象将保持原来的状态不变，直到它的Reset()或者Set()方法被调用：

Reset()方法：将其设置为无信号状态；

Set()方法：将其设置为有信号状态。

WaitOne()方法：使当前线程挂起，直到ManualResetEvent对象处于有信号状态，此时该线程将被激活。然后，程序将向线程池中添加工作项，这些以函数形式提供的工作项被系统用来初始化自动建立的线程。当所有的线程都运行完了以后，ManualResetEvent.Set()方法被调用，因为调用了ManualResetEvent.WaitOne()方法而处在等待状态的主线程将接收到这个信号，于是它接着往下执行，完成后边的工作。

ThreadPool 的用法示例：


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

namespace ThreadExample
{
    //这是用来保存信息的数据结构，将作为参数被传递
    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;
　　}

　　//线程池里的线程将调用Beta()方法
　　public void Beta(Object state)
　　{
　　    //输出当前线程的hash编码值和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) 
      {
　　　　    //如果当前的Hash表中没有当前线程的Hash值，则添加之
　　　　    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()操作是一个原子操作，具体请看下面说明
          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;//允许线程池中运行最多10个线程
                //新建ManualResetEvent对象并且初始化为无信号状态
                ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);
                Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);
                Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount); 
                //创建工作项
                //注意初始化oAlpha对象的eventX属性
                oAlpha.eventX = eventX;
                Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");
                try
                {
                    //将工作项装入线程池 
                    //这里要用到Windows 2000以上版本才有的API，所以可能出现NotSupportException异常
                    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)//如果当前系统支持ThreadPool的方法.
                {
                    for (int iItem=1;iItem < MaxCount;iItem++)
                    {
                        //插入队列元素
                        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，即线程调用ManualResetEvent.Set()方法
                    eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true);
                    //WaitOne()方法使调用它的线程等待直到eventX.Set()方法被调用
                    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;
            }
        }
    }
}

程序中应该引起注意的地方：

SomeState类是一个保存信息的数据结构，它在程序中作为参数被传递给每一个线程，因为你需要把一些有用的信息封装起来提供给线程，而这种方式是非常有效的。

程序出现的InterLocked类也是专为多线程程序而存在的，它提供了一些有用的原子操作。

原子操作：就是在多线程程序中，如果这个线程调用这个操作修改一个变量，那么其他线程就不能修改这个变量了，这跟lock关键字在本质上是一样的。


Thread Pool Sample:
Queuing 10 items to Thread Pool
Queue to Thread Pool 0
Queue to Thread Pool 1
Queue to Thread Pool 2
Queue to Thread Pool 3
Queue to Thread Pool 4
Queue to Thread Pool 5
 2 0 :
HashCount.Count==0, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==2
Queue to Thread Pool 6
Queue to Thread Pool 7
Queue to Thread Pool 8
Queue to Thread Pool 9
Waiting for Thread Pool to drain
 4 1 :
HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==4
 6 2 :
HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==6
 7 3 :
HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==7
 2 4 :
HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==2
 8 5 :
HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==8
 9 6 :
HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==9
 10 7 :
HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==10
 11 8 :
HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==11
 4 9 :
HashCount.Count==2, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==4

Setting eventX
Thread Pool has been drained (Event fired)

Load across threads
11 1
10 1
9 1
8 1
7 1
6 1
4 2
2 2

我们应该彻底地分析上面的程序，把握住线程池的本质，理解它存在的意义是什么，这样才能得心应手地使用它。

五、多线程的自动管理(定时器)

Timer类：设置一个定时器，定时执行用户指定的函数。

定时器启动后，系统将自动建立一个新的线程，执行用户指定的函数。

初始化一个Timer对象：

Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);

// 第一个参数：指定了TimerCallback 委托，表示要执行的方法；

// 第二个参数：一个包含回调方法要使用的信息的对象，或者为空引用；

// 第三个参数：延迟时间——计时开始的时刻距现在的时间，单位是毫秒,指定为“0”表示立即启动计时器；

// 第四个参数：定时器的时间间隔——计时开始以后，每隔这么长的一段时间，TimerCallback所代表的方法将被调用一次，单位也是毫秒。指定 Timeout.Infinite 可以禁用定期终止。

Timer.Change()方法：修改定时器的设置。（这是一个参数类型重载的方法）

使用示例： timer.Change(1000,2000);

Timer类的程序示例(来源：MSDN)：


using System;
using System.Threading;

namespace ThreadExample
{
    class TimerExampleState 
    {
　　    public int counter = 0;
　　    public Timer tmr;
    }

    class App 
    {
　　    public static void Main()
　　    {
　　        TimerExampleState s = new TimerExampleState();

　　        //创建代理对象TimerCallback，该代理将被定时调用
　　        TimerCallback timerDelegate = new TimerCallback(CheckStatus);

            //创建一个时间间隔为1s的定时器
            Timer timer = new Timer(timerDelegate, s,1000, 1000);
            s.tmr = timer;

            //主线程停下来等待Timer对象的终止
            while(s.tmr != null)
            Thread.Sleep(0);
            Console.WriteLine("Timer example done.");
            Console.ReadLine();
　　    }

　　    //下面是被定时调用的方法
　　    static void CheckStatus(Object state)
　　    {
            TimerExampleState s =(TimerExampleState)state;
            s.counter++;
            Console.WriteLine("{0} Checking Status {1}.",DateTime.Now.TimeOfDay, s.counter);

            if(s.counter == 5)
            {
                //使用Change方法改变了时间间隔
                (s.tmr).Change(10000,2000);
                Console.WriteLine("changed");
            }

            if(s.counter == 10)
            {
                Console.WriteLine("disposing of timer");
                s.tmr.Dispose();
                s.tmr = null;
            }
　　    }
    }
}

程序首先创建了一个定时器，它将在创建1秒之后开始每隔1秒调用一次CheckStatus()方法，当调用5次以后，在CheckStatus()方法中修改了时间间隔为2秒，并且指定在10秒后重新开始。当计数达到10次，调用Timer.Dispose()方法删除了timer对象，主线程于是跳出循环，终止程序。

六、互斥对象

如何控制好多个线程相互之间的联系，不产生冲突和重复，这需要用到互斥对象，即：System.Threading 命名空间中的 Mutex 类。

我们可以把Mutex看作一个出租车，乘客看作线程。乘客首先等车，然后上车，最后下车。当一个乘客在车上时，其他乘客就只有等他下车以后才可以上车。而线程与Mutex对象的关系也正是如此，线程使用Mutex.WaitOne()方法等待Mutex对象被释放，如果它等待的Mutex对象被释放了，它就自动拥有这个对象，直到它调用Mutex.ReleaseMutex()方法释放这个对象，而在此期间，其他想要获取这个Mutex对象的线程都只有等待。

下面这个例子使用了Mutex对象来同步四个线程，主线程等待四个线程的结束，而这四个线程的运行又是与两个Mutex对象相关联的。

其中还用到AutoResetEvent类的对象，可以把它理解为一个信号灯。这里用它的有信号状态来表示一个线程的结束。

// AutoResetEvent.Set()方法设置它为有信号状态

// AutoResetEvent.Reset()方法设置它为无信号状态

Mutex 类的程序示例：


using System;
using System.Threading;

namespace ThreadExample
{
    public class MutexSample
    {
　　    static Mutex gM1;
　　    static Mutex gM2;
　　    const int ITERS = 100;
　　    static AutoResetEvent Event1 = new AutoResetEvent(false);
　　    static AutoResetEvent Event2 = new AutoResetEvent(false);
　　    static AutoResetEvent Event3 = new AutoResetEvent(false);
　　    static AutoResetEvent Event4 = new AutoResetEvent(false);

　　    public static void Main(String[] args)
　　    {
            Console.WriteLine("Mutex Sample ");
            //创建一个Mutex对象，并且命名为MyMutex
            gM1 = new Mutex(true,"MyMutex");
            //创建一个未命名的Mutex 对象.
            gM2 = new Mutex(true);
            Console.WriteLine(" - Main Owns gM1 and gM2");

            AutoResetEvent[] evs = new AutoResetEvent[4];
            evs[0] = Event1; //为后面的线程t1,t2,t3,t4定义AutoResetEvent对象
            evs[1] = Event2; 
            evs[2] = Event3; 
            evs[3] = Event4; 

            MutexSample tm = new MutexSample( );
            Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(tm.t1Start));
            Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(tm.t2Start));
            Thread t3 = new Thread(new ThreadStart(tm.t3Start));
            Thread t4 = new Thread(new ThreadStart(tm.t4Start));
            t1.Start( );// 使用Mutex.WaitAll()方法等待一个Mutex数组中的对象全部被释放
            t2.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM1的释放
            t3.Start( );// 使用Mutex.WaitAny()方法等待一个Mutex数组中任意一个对象被释放
            t4.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM2的释放

            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine(" - Main releases gM1");
            gM1.ReleaseMutex( ); //线程t2,t3结束条件满足

            Thread.Sleep(1000);
            Console.WriteLine(" - Main releases gM2");
            gM2.ReleaseMutex( ); //线程t1,t4结束条件满足

            //等待所有四个线程结束
            WaitHandle.WaitAll(evs); 
            Console.WriteLine(" Mutex Sample");
            Console.ReadLine();
　　    }

　　    public void t1Start( )
　　    {
            Console.WriteLine("t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])");
            Mutex[] gMs = new Mutex[2];
            gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAll()方法的参数
            gMs[1] = gM2;
            Mutex.WaitAll(gMs);//等待gM1和gM2都被释放
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfied");
            Event1.Set( ); //线程结束，将Event1设置为有信号状态
　　    }
　　    public void t2Start( )
　　    {
            Console.WriteLine("t2Start started, gM1.WaitOne( )");
            gM1.WaitOne( );//等待gM1的释放
            Console.WriteLine("t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfied");
            Event2.Set( );//线程结束，将Event2设置为有信号状态
　　    }
　　    public void t3Start( )
　　    {
            Console.WriteLine("t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])");
            Mutex[] gMs = new Mutex[2];
            gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAny()方法的参数
            gMs[1] = gM2;
            Mutex.WaitAny(gMs);//等待数组中任意一个Mutex对象被释放
            Console.WriteLine("t3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[])");
            Event3.Set( );//线程结束，将Event3设置为有信号状态
　　    }
　　    public void t4Start( )
　　    {
            Console.WriteLine("t4Start started, gM2.WaitOne( )");
            gM2.WaitOne( );//等待gM2被释放
            Console.WriteLine("t4Start finished, gM2.WaitOne( )");
            Event4.Set( );//线程结束，将Event4设置为有信号状态
　　    }
    }
}

程序的输出结果：


Mutex Sample 
 - Main Owns gM1 and gM2
t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])
t2Start started, gM1.WaitOne( )
t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])
t4Start started, gM2.WaitOne( )
 - Main releases gM1
t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfied
t3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[])
 - Main releases gM2
t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfied
t4Start finished, gM2.WaitOne( )
 Mutex Sample

从执行结果可以很清楚地看到，线程t2,t3的运行是以gM1的释放为条件的，而t4在gM2释放后开始执行，t1则在gM1和gM2都被释放了之后才执行。Main()函数最后，使用WaitHandle等待所有的AutoResetEvent对象的信号，这些对象的信号代表相应线程的结束。

本文出处：xugang http://www.cnblogs.com/xugang/archive/2008/03/23/1118530.html