[ZT]C#的多线程机制探索(3)

本文介绍了ThreadPool和Timer类在多线程编程中的用法。ThreadPool通过ManualResetEvent对象协调线程工作,完成后通知主线程。SomeState类用于封装线程信息,InterLocked类提供原子操作。Timer类可设置定时器,通过TimerCallback代理指定执行函数,还能通过Change方法修改设置。

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四、线程池和定时器——多线程的自动管理
在多线程的程序中,经常会出现两种情况。一种情况下,应用程序中的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;而另外一种情况则是线程平常都处于休眠状态,只是周期性地被唤醒。在.net framework里边,我们使用ThreadPool来对付第一种情况,使用Timer来对付第二种情况。

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以上版本的系统支持,因为其中某些方法调用了只有高版本的Windows才有的API函数。你可以使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法将线程安放在线程池里,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);


要注意的是,ThreadPool类也是一个静态类,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,那么该项目将是没有办法取消的。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,线程池的优点也就在这里体现出来了,就好像你是公司老板——只需要安排工作,而不必亲自动手。

下面的例程演示了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的对象将被设置为有信号,从而通知主线程继续运行。它有几个重要的方法:Reset()Set()WaitOne()。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。


using System;
using System.Collections;

using System.Threading;

//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;
  }

  file://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)
  {
    file://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); file://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
  {
    file://将工作项装入线程池
    file://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");
    file://等待事件的完成,即线程调用ManualResetEvent.Set()方法
    eventX.WaitOne(Timeout.Infinite,true);
    file://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;

  }
}


程序中有些小地方应该引起我们的注意。SomeState类是一个保存信息的数据结构,在上面的程序中,它作为参数被传递给每一个线程,你很容易就能理解这个,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,所谓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。

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,这样我们才能得心应手地使用它。下面是该程序的输出结果:

Thread Pool Sample:
Queuing 10 items to Thread Pool
Queue to Thread Pool 0
Queue to Thread Pool 1
...
...
Queue to Thread Pool 9
Waiting for Thread Pool to drain
98 0 :
HashCount.Count==0, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==98
100 1 :

HashCount.Count==1, Thread.CurrentThread.GetHashCode()==100
98 2 :
...
...
Setting eventX
Thread Pool has been drained (Event fired)
Load across threads
101 2
100 3
98 4
102 1


ThreadPool类不同,Timer类的作用是设置一个定时器,定时执行用户指定的函数,而这个函数的传递是靠另外一个代理对象TimerCallback,它必须在创建Timer对象时就指定,并且不能更改。定时器启动后,系统将自动建立一个新的线程,并且在这个线程里执行用户指定的函数。下面的语句初始化了一个Timer对象:

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


 第一个参数指定了TimerCallback代理对象;第二个参数的意义跟上面提到的WaitCallback代理对象的一样,作为一个传递数据的对象传递给要调用的方法;第三个参数是延迟时间——计时开始的时刻距现在的时间,单位是毫秒;第四个参数是定时器的时间间隔——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。这句话的意思就是将定时器的延迟时间和时间间隔都设为1秒钟。

定时器的设置是可以改变的,只要调用Timer.Change()方法,这是一个参数类型重载的方法,一般使用的原型如下:

 public bool Change(long, long);


  下面这段代码将前边设置的定时器修改了一下:

 timer.Change(10000,2000);


很显然,定时器timer的时间间隔被重新设置为2秒,停止计时10秒后生效。

下面这段程序演示了Timer类的用法。


using System;

using System.Threading;
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();
  }
  file://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)
  {
    file://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。程序执行的结果如下:


上面就是对ThreadPoolTimer两个类的简单介绍,充分利用系统提供的功能,可以为我们省去很多时间和精力——特别是对很容易出错的多线程程序。同时我们也可以看到.net Framework强大的内置对象,这些将对我们的编程带来莫大的方便。

转载于:https://www.cnblogs.com/supersand/archive/2005/08/27/224187.html

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