.NET多線程編程（4）:線程池和異步編程
如果你仔細閱讀了我前面的三篇文章,我相信你對用.NET Framework提供的System.Threading.Thread類和一些線程同步的類基本的線程知識和多線程編程知識很瞭解。我們將在這裡進一步討論一些.NET類,以及他們在多線程編程中扮演的角色和怎麼編程。它們是:
System.Threading.ThreadPool 類
System.Threading.Timer 類
如果線程的數目並不是很多,而且你想控制每個線程的細節諸如線程的優先級等,使用Thread是比較合適的;但是如果有大量的線程,考慮使用線程池應該更好一些,它提供了高效的線程管理機制來處理多任務。 對於定期的執行任務Timer類是合適的;使用代表是異步方法調用的首選。
System.Threading.ThreadPool Class
當你創建應用程序時,你應該認識到大部分時間你的線程在空閒的等待某些事件的發生(諸如按下一個鍵或偵聽套節子的請求)。毫無疑問的,你也會認為這是絕對的浪費資源。
如果這裡有很多的任務需要完成,每個任務需要一個線程,你應該考慮使用線程池來更有效的管理你的資源並且從中受益。線程池是執行的多個線程集合,它允許你添加以線程自動創建和開始的任務到隊列裡面去。使用線程池使得你的系統可以優化線程在CPU使用時的時間碎片。但是要記住在任何特定的時間點,每一個進程和每個線程池只有一個一個正在運行的線程。這個類使得你的線程組成的池可以被系統管理,而使你的主要精力集中在工作流的邏輯而不是線程的管理。
當第一次實例化ThreadPool類時線程池將被創建。它有一個默認的上限,即每處理器最多可以有25個,但是這個上限是可以改變的。這樣使得處理器不會閒置下來。如果其中一個線程等待某個事件的發生,線程池將初始化另外一個線程並投入處理器工作,線程池就是這樣不停的創建工作的線程和分配任務給那些沒有工作的在隊列裡的線程。唯一的限制是工作線程的數目不能超過最大允許的數目。每個線程將運行在默認的優先級和使用默認的屬於多線程空間的堆棧大小空間。一旦一項工作任務被加入隊列,你是不能取消的。
請求線程池處理一個任務或者工作項可以調用QueueUserWorkItem方法。這個方法帶一個WaitCallback代表類型的參數,這個參數包裝了你藥完成的任務。運行時自動為每一個的任務創建線程並且在任務釋放時釋放線程。
下面的代碼說明了如何創建線程池和怎樣添加任務:
public void afunction(object o)
{
// do what ever the function is supposed to do.
}
//thread entry code
{
// create an instance of WaitCallback
WaitCallback myCallback = new WaitCallback (afunction);
//add this to the thread pool / queue a task
ThreadPool.QueueUserWorkItem (myCallback);
}
你也可以通過調用ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject方法來傳遞一個System.Threading.WaitHandle,當被通知或者時間超過了調用被System.Threading.WaitOrTimerCallback包裝的方法。
線程池和基於事件的編程模式使得線程池對註冊的WaitHandles的監控和對合適的WaitOrTimerCallback代表方法的調用十分簡單(當WaitHandle被釋放時)。這些做法其實很簡單。這裡有一個線程不斷的觀測在線程池隊列等待操作的狀態。一旦等待操作完成,一個線程將被執行與其對應的任務。因此,這個方法隨著出發觸發事件的發生而增加一個線程。
讓我們看看怎麼隨事件添加一個線程到線程池,其實很簡單。我們只需要創建一個ManualResetEvent類的事件和一個WaitOrTimerCallback的代表,然後我們需要一個攜帶代表狀態的對象,同時我們也要決定休息間隔和執行方式。我們將上面的都添加到線程池,並且激發一個事件:
public void afunction(object o)
{
// do what ever the function is supposed to do.
}
//object that will carry the status info?O
>
public class anObject
{
}
//thread entry code
{
//create an event object?
ManualResetEvent aevent = new ManualResetEvent (false);
// create an instance of WaitOrTimerCallback
WaitOrTimerCallback thread_method = new WaitOrTimerCallback (afunction);
// create an instance of anObject
anObject myobj = new anObject();
// decide how thread will perform
int timeout_interval = 100; // timeout in milli-seconds.
bool onetime_exec = true;
//add all this to the thread pool.
ThreadPool. RegisterWaitForSingleObject (aevent, thread_method, myobj, timeout_interval, onetime_exec);
// raise the event
aevent.Set();
}
在QueueUserWorkItem和RegisterWaitForSingleObject方法中,線程池創建了一個後台的線程來回調。當線程池開始執行一個任務,兩個方法都將調用者的堆棧合併到線程池的線程堆棧中。如果需要安全檢查將耗費更多的時間和增加系統的負擔,因此可以通過使用它們對應的不安全的方法來避免安全檢查。就是ThreadPool.UnsafeRegisterWaitForSingleObject 和ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItem。
你也可以對與等待操作無關的任務排隊。 Timer-queue timers and registered wait operations也使用線程池。它們的返回方法也被放入線程池排隊。
線程池是非常有用的,被廣泛的用於。NET平台上的套節子編程,等待操作註冊,進程計時器和異步的I/O。對於小而短的任務,線程池提供的機制也是十分便利處於多線程的。線程池對於完成許多獨立的任務而且不需要逐個的設置線程屬性是十分便利的。但是,你也應該很清楚,有很多的情況是可以用其他的方法來替代線程池的。比如說你的計劃任務或給每個線程特定的屬性,或者你需要將線程放入單個線程的空間(而線程池是將所有的線程放入一個多線程空間),抑或是一個特定的任務是很冗長的,這些情況你最好考慮清楚,安全的辦法比用線程池應該是你的選擇。
System.Threading.Timer Class
Timer類對於週期性的在分離的線程執行任務是非常有效的,它不能被繼承。
這個類尤其用來開發控制台應用程序,因為System.Windows.Forms.Time是不可用的。比如同來備份文件和檢查數據庫的一致性。
當創建Timer對像時,你藥估計在第一個代理調用之前等待的時間和後來的每次成功調用之間的時間。一個定時調用發生在方法的應得時間過去,並且在後來週期性的調用這個方法。你可以適應Timer的Change方法來改變這些設置的值或者使Timer失效。當定時器Timer不再使用時,你應該調用Dispose方法來釋放其資源。
TimerCallback代表負責指定與Timer對像相關聯的方法(就是要週期執行的任務)和狀態。它在方法應得的時間過去之後調用一次並且週期性的調用這個方法直到調用了Dispose方法釋放了Timer的所有資源。系統自動分配分離的線程。
讓我們來看一段代碼看看事如何創建Timer對像和使用它的。我們首先要創建一個TimerCallback代理,在後面的方法中要使用到的。如果需要,下一步我們要創建一個狀態對像,它擁有與被代理調用的方法相關聯的特定信息。為了使這些簡單一些,我們傳遞一個空參數。我們將實例化一個Timer對像,然後再使用Change方法改變Timer的設置,最後調用Dispose方法釋放資源。
// class that will be called by the Timer
public class WorkonTimerReq
{
public void aTimerCallMethod()
{
// does some work ?
}
}
//timer creation block
{
//instantiating the class that gets called by the Timer.
WorkonTimerReq anObj = new WorkonTimerReq () ;
// callback delegate
TimerCallback tcallback = new TimerCallback(anObj. aTimerCallMethod) ;
// define the dueTime and period
long dTime = 20 ; // wait before the first tick (in ms)
long pTime = 150 ; // timer during subsequent invocations (in ms)
// instantiate the Timer object
Timer atimer = new Timer(tcallback, null, dTime, pTime) ;
// do some thing with the timer object
...
//change the dueTime and period of the Timer
dTime=100;
pTime=300;
atimer.Change(dTime, pTime) ;
// do some thing
...
atimer.Dispose() ;
...
}
異步編程
這部分內容如果要講清楚本來就是很大的一部分,在這裡,我不打算詳細討論這個東西,我們只是需要直到它是什麼,因為多線程編程如果忽律異步的多線程編程顯然是不應該的。異步的多線程編程是你的程序可能會用到的另外一種多線程編程方法。
在前面的文章我們花了很大的篇幅來介紹線程的同步和怎麼實現線程的同步,但是它有一個固有的致命的缺點,你或許注意到了這一點。那就是每個線程必須作同步調用,也就是等到其他的功能完成,否則就阻塞。當然,某些情況下,對於那些邏輯上相互依賴的任務來說是足夠的。異步編程允許更加複雜的靈活性。一個線程可以作異步調用,不需要等待其他的東西。你可以使用這些線程作任何的任務,線程負責獲取結果推進運行。這給予了那些需要管理數目巨大的請求而且負擔不起請求等待代價的企業級的系統更好的可伸縮性。
.NET平台提供了一致的異步編程機制用於ASP.NET,I/O,Web Services,Networking,Message等。
後記
由於學習的時候很難找到中文這方面的資料，因此我就只好學習英文的資料，由於水平不高，翻譯的時候可能難免曲解原文的意思，希望大家能夠指出，同時希望這些東西能夠給大家在學習這方面知識給予一定的參考和幫助，那怕是一點點，就很欣慰了。
