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目錄
一、線程的定義
二、線程的基礎(chǔ)知識(shí)
三、以ThreadStart方式實(shí)現(xiàn)多線程
四、CLR線程池的工作者線程
五、CLR線程池的I/O線程
六、異步 SqlCommand
七、并行編程與PLINQ
八、計(jì)時(shí)器與鎖
四、CLR線程池的工作者線程
4.1 關(guān)于CLR線程池
使用ThreadStart與ParameterizedThreadStart建立新線程非常簡(jiǎn)單，但通過(guò)此方法建立的線程難于管理，若建立過(guò)多的線程反而會(huì)影響系統(tǒng)的性能。
有 見(jiàn)及此，.NET引入CLR線程池這個(gè)概念。CLR線程池并不會(huì)在CLR初始化的時(shí)候立刻建立線程，而是在應(yīng)用程序要?jiǎng)?chuàng)建線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，線程池才初始 化一個(gè)線程。線程的初始化與其他的線程一樣。在完成任務(wù)以后，該線程不會(huì)自行銷(xiāo)毀，而是以掛起的狀態(tài)返回到線程池。直到應(yīng)用程序再次向線程池發(fā)出請(qǐng)求時(shí)， 線程池里掛起的線程就會(huì)再度激活執(zhí)行任務(wù)。這樣既節(jié)省了建立線程所造成的性能損耗，也可以讓多個(gè)任務(wù)反復(fù)重用同一線程，從而在應(yīng)用程序生存期內(nèi)節(jié)約大量開(kāi) 銷(xiāo)。
注意：通過(guò)CLR線程池所建立的線程總是默認(rèn)為后臺(tái)線程，優(yōu)先級(jí)數(shù)為T(mén)hreadPriority.Normal。
4.2 工作者線程與I/O線程
CLR線程池分為工作者線程（workerThreads）與I/O線程 (completionPortThreads) 兩種，工作者線程是主要用作管理CLR內(nèi)部對(duì)象的運(yùn)作，I/O（Input/Output) 線程顧名思義是用于與外部系統(tǒng)交換信息，IO線程的細(xì)節(jié)將在下一節(jié)詳細(xì)說(shuō)明。
通 過(guò)ThreadPool.GetMax（out int workerThreads,out int completionPortThreads )和 ThreadPool.SetMax( int workerThreads, int completionPortThreads)兩個(gè)方法可以分別讀取和設(shè)置CLR線程池中工作者線程與I/O線程的最大線程數(shù)。在 Framework2.0中最大線程默認(rèn)為25*CPU數(shù)，在Framewok3.0、4.0中最大線程數(shù)默認(rèn)為250*CPU數(shù)，在近年 I3,I5,I7 CPU出現(xiàn)后，線程池的最大值一般默認(rèn)為1000、2000。
若想測(cè)試線程池中有多少的線程正在投入使用，可以通過(guò)ThreadPool.GetAvailableThreads( out int workerThreads,out int completionPortThreads ) 方法。
使用CLR線程池的工作者線程一般有兩種方式，一是直接通過(guò) ThreadPool.QueueUserWorkItem() 方法，二是通過(guò)委托，下面將逐一細(xì)說(shuō)。
4.3 通過(guò)QueueUserWorkItem啟動(dòng)工作者線程
ThreadPool線程池中包含有兩個(gè)靜態(tài)方法可以直接啟動(dòng)工作者線程：
一為 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback)
二為 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object)
先把WaitCallback委托指向一個(gè)帶有Object參數(shù)的無(wú)返回值方法，再使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback) 就可以異步啟動(dòng)此方法，此時(shí)異步方法的參數(shù)被視為null 。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //把CLR線程池的最大值設(shè)置為1000
6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
7 //顯示主線程啟動(dòng)時(shí)線程池信息
8 ThreadMessage("Start");
9 //啟動(dòng)工作者線程
10 ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AsyncCallback));
11 Console.ReadKey();
12 }
13
14 static void AsyncCallback(object state)
15 {
16 Thread.Sleep(200);
17 ThreadMessage("AsyncCallback");
18 Console.WriteLine("Async thread do work!");
19 }
20
21 //顯示線程現(xiàn)狀
22 static void ThreadMessage(string data)
23 {
24 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}",
25 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
26 Console.WriteLine(message);
27 }
28 }
運(yùn)行結(jié)果
使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object) 方法可以把object對(duì)象作為參數(shù)傳送到回調(diào)函數(shù)中。
下面例子中就是把一個(gè)string對(duì)象作為參數(shù)發(fā)送到回調(diào)函數(shù)當(dāng)中。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //把線程池的最大值設(shè)置為1000
6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
7
8 ThreadMessage("Start");
9 ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AsyncCallback),"Hello Elva");
10 Console.ReadKey();
11 }
12
13 static void AsyncCallback(object state)
14 {
15 Thread.Sleep(200);
16 ThreadMessage("AsyncCallback");
17
18 string data = (string)state;
19 Console.WriteLine("Async thread do work!\n"+data);
20 }
21
22 //顯示線程現(xiàn)狀
23 static void ThreadMessage(string data)
24 {
25 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}",
26 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
27 Console.WriteLine(message);
28 }
29 }
運(yùn)行結(jié)果
通 過(guò)ThreadPool.QueueUserWorkItem啟動(dòng)工作者線程雖然是方便，但WaitCallback委托指向的必須是一個(gè)帶有 Object參數(shù)的無(wú)返回值方法，這無(wú)疑是一種限制。若方法需要有返回值，或者帶有多個(gè)參數(shù)，這將多費(fèi)周折。有見(jiàn)及此，.NET提供了另一種方式去建立工 作者線程，那就是委托。
4.4 委托類(lèi)
使用CLR線程池中的工作者線程，最靈活最常用的方式就是使用委托的異步方法，在此先簡(jiǎn)單介紹一下委托類(lèi)。
當(dāng)定義委托后，.NET就會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)代表該委托的類(lèi)，下面可以用反射方式顯示委托類(lèi)的方法成員（對(duì)反射有興趣的朋友可以先參考一下“.NET基礎(chǔ)篇——反射的奧妙”）
1 class Program
2 {
3 delegate void MyDelegate();
4
5 static void Main(string[] args)
6 {
7 MyDelegate delegate1 = new MyDelegate(AsyncThread);
8 //顯示委托類(lèi)的幾個(gè)方法成員
9 var methods=delegate1.GetType().GetMethods();
10 if (methods != null)
11 foreach (MethodInfo info in methods)
12 Console.WriteLine(info.Name);
13 Console.ReadKey();
14 }
15 }
委托類(lèi)包括以下幾個(gè)重要方法
1 public class MyDelegate:MulticastDelegate
2 {
3 public MyDelegate(object target, int methodPtr);
4 //調(diào)用委托方法
5 public virtual void Invoke();
6 //異步委托
7 public virtual IAsyncResult BeginInvoke(AsyncCallback callback,object state);
8 public virtual void EndInvoke(IAsyncResult result);
9 }
當(dāng)調(diào)用Invoke（）方法時(shí)，對(duì)應(yīng)此委托的所有方法都會(huì)被執(zhí)行。而B(niǎo)eginInvoke與EndInvoke則支持委托方法的異步調(diào)用，由BeginInvoke啟動(dòng)的線程都屬于CLR線程池中的工作者線程，在下面將詳細(xì)說(shuō)明。
4.5 利用BeginInvoke與EndInvoke完成異步委托方法
首 先建立一個(gè)委托對(duì)象，通過(guò)IAsyncResult BeginInvoke(string name,AsyncCallback callback,object state) 異步調(diào)用委托方法，BeginInvoke 方法除最后的兩個(gè)參數(shù)外，其它參數(shù)都是與方法參數(shù)相對(duì)應(yīng)的。通過(guò) BeginInvoke 方法將返回一個(gè)實(shí)現(xiàn)了 System.IAsyncResult 接口的對(duì)象，之后就可以利用EndInvoke（IAsyncResult ) 方法就可以結(jié)束異步操作，獲取委托的運(yùn)行結(jié)果。
1 class Program
2 {
3 delegate string MyDelegate(string name);
4
5 static void Main(string[] args)
6 {
7 ThreadMessage("Main Thread");
8
9 //建立委托
10 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
11 //異步調(diào)用委托，獲取計(jì)算結(jié)果
12 IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
13 //完成主線程其他工作
14 .............
15 //等待異步方法完成，調(diào)用EndInvoke(IAsyncResult)獲取運(yùn)行結(jié)果
16 string data=myDelegate.EndInvoke(result);
17 Console.WriteLine(data);
18
19 Console.ReadKey();
20 }
21
22 static string Hello(string name)
23 {
24 ThreadMessage("Async Thread");
25 Thread.Sleep(2000); //虛擬異步工作
26 return "Hello " + name;
27 }
28
29 //顯示當(dāng)前線程
30 static void ThreadMessage(string data)
31 {
32 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",
33 data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
34 Console.WriteLine(message);
35 }
36 }
運(yùn)行結(jié)果
4.6 善用IAsyncResult
在 以上例子中可以看見(jiàn)，如果在使用myDelegate.BeginInvoke后立即調(diào)用myDelegate.EndInvoke，那在異步線程未完成 工作以前主線程將處于阻塞狀態(tài)，等到異步線程結(jié)束獲取計(jì)算結(jié)果后，主線程才能繼續(xù)工作，這明顯無(wú)法展示出多線程的優(yōu)勢(shì)。此時(shí)可以好好利用 IAsyncResult 提高主線程的工作性能，IAsyncResult有以下成員：
1 public interface IAsyncResult
2 {
3 object AsyncState {get;} //獲取用戶定義的對(duì)象，它限定或包含關(guān)于異步操作的信息。
4 WailHandle AsyncWaitHandle {get;} //獲取用于等待異步操作完成的 WaitHandle。
5 bool CompletedSynchronously {get;} //獲取異步操作是否同步完成的指示。
6 bool IsCompleted {get;} //獲取異步操作是否已完成的指示。
7 }
通過(guò)輪詢方式，使用IsCompleted屬性判斷異步操作是否完成，這樣在異步操作未完成前就可以讓主線程執(zhí)行另外的工作。
1 class Program
2 {
3 delegate string MyDelegate(string name);
4
5 static void Main(string[] args)
6 {
7 ThreadMessage("Main Thread");
8
9 //建立委托
10 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
11 //異步調(diào)用委托，獲取計(jì)算結(jié)果
12 IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
13 //在異步線程未完成前執(zhí)行其他工作
14 while (!result.IsCompleted)
15 {
16 Thread.Sleep(200); //虛擬操作
17 Console.WriteLine("Main thead do work!");
18 }
19 string data=myDelegate.EndInvoke(result);
20 Console.WriteLine(data);
21
22 Console.ReadKey();
23 }
24
25 static string Hello(string name)
26 {
27 ThreadMessage("Async Thread");
28 Thread.Sleep(2000);
29 return "Hello " + name;
30 }
31
32 static void ThreadMessage(string data)
33 {
34 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",
35 data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
36 Console.WriteLine(message);
37 }
38 }
運(yùn)行結(jié)果：
除 此以外，也可以使用WailHandle完成同樣的工作，WaitHandle里面包含有一個(gè)方法WaitOne（int timeout），它可以判斷委托是否完成工作，在工作未完成前主線程可以繼續(xù)其他工作。運(yùn)行下面代碼可得到與使用 IAsyncResult.IsCompleted 同樣的結(jié)果，而且更簡(jiǎn)單方便 。
1 namespace Test
2 {
3 class Program
4 {
5 delegate string MyDelegate(string name);
6
7 static void Main(string[] args)
8 {
9 ThreadMessage("Main Thread");
10
11 //建立委托
12 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
13
14 //異步調(diào)用委托，獲取計(jì)算結(jié)果
15 IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
16
17 while (!result.AsyncWaitHandle.WaitOne(200))
18 {
19 Console.WriteLine("Main thead do work!");
20 }
21 string data=myDelegate.EndInvoke(result);
22 Console.WriteLine(data);
23
24 Console.ReadKey();
25 }
26
27 static string Hello(string name)
28 {
29 ThreadMessage("Async Thread");
30 Thread.Sleep(2000);
31 return "Hello " + name;
32 }
33
34 static void ThreadMessage(string data)
35 {
36 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",
37 data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
38 Console.WriteLine(message);
39 }
40 }
當(dāng)要監(jiān)視多個(gè)運(yùn)行對(duì)象的時(shí)候，使用IAsyncResult.WaitHandle.WaitOne可就派不上用場(chǎng)了。
幸好.NET為WaitHandle準(zhǔn)備了另外兩個(gè)靜態(tài)方法：WaitAny（waitHandle[], int）與WaitAll (waitHandle[] , int)。
其中WaitAll在等待所有waitHandle完成后再返回一個(gè)bool值。
而WaitAny是等待其中一個(gè)waitHandle完成后就返回一個(gè)int，這個(gè)int是代表已完成waitHandle在waitHandle[]中的數(shù)組索引。
下面就是使用WaitAll的例子，運(yùn)行結(jié)果與使用 IAsyncResult.IsCompleted 相同。
1 class Program
2 {
3 delegate string MyDelegate(string name);
4
5 static void Main(string[] args)
6 {
7 ThreadMessage("Main Thread");
8
9 //建立委托
10 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
11
12 //異步調(diào)用委托，獲取計(jì)算結(jié)果
13 IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
14
15 //此處可加入多個(gè)檢測(cè)對(duì)象
16 WaitHandle[] waitHandleList = new WaitHandle[] { result.AsyncWaitHandle,........ };
17 while (!WaitHandle.WaitAll(waitHandleList,200))
18 {
19 Console.WriteLine("Main thead do work!");
20 }
21 string data=myDelegate.EndInvoke(result);
22 Console.WriteLine(data);
23
24 Console.ReadKey();
25 }
26
27 static string Hello(string name)
28 {
29 ThreadMessage("Async Thread");
30 Thread.Sleep(2000);
31 return "Hello " + name;
32 }
33
34 static void ThreadMessage(string data)
35 {
36 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",
37 data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
38 Console.WriteLine(message);
39 }
40 }
4.7 回調(diào)函數(shù)
使 用輪詢方式來(lái)檢測(cè)異步方法的狀態(tài)非常麻煩，而且效率不高，有見(jiàn)及此，.NET為 IAsyncResult BeginInvoke（AsyncCallback , object）準(zhǔn)備了一個(gè)回調(diào)函數(shù)。使用 AsyncCallback 就可以綁定一個(gè)方法作為回調(diào)函數(shù)，回調(diào)函數(shù)必須是帶參數(shù) IAsyncResult 且無(wú)返回值的方法： void AsycnCallbackMethod(IAsyncResult result) 。在BeginInvoke方法完成后，系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用AsyncCallback所綁定的回調(diào)函數(shù),最后回調(diào)函數(shù)中調(diào)用 XXX EndInvoke（IAsyncResult result) 就可以結(jié)束異步方法，它的返回值類(lèi)型與委托的返回值一致。
1 class Program
2 {
3 delegate string MyDelegate(string name);
4
5 static void Main(string[] args)
6 {
7 ThreadMessage("Main Thread");
8
9 //建立委托
10 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
11 //異步調(diào)用委托，獲取計(jì)算結(jié)果
12 myDelegate.BeginInvoke("Leslie", new AsyncCallback(Completed), null);
13 //在啟動(dòng)異步線程后，主線程可以繼續(xù)工作而不需要等待
14 for (int n = 0; n < 6; n++)
15 Console.WriteLine(" Main thread do work!");
16 Console.WriteLine("");
17
18 Console.ReadKey();
19 }
20
21 static string Hello(string name)
22 {
23 ThreadMessage("Async Thread");
24 Thread.Sleep(2000); \\模擬異步操作
25 return "\nHello " + name;
26 }
27
28 static void Completed(IAsyncResult result)
29 {
30 ThreadMessage("Async Completed");
31
32 //獲取委托對(duì)象，調(diào)用EndInvoke方法獲取運(yùn)行結(jié)果
33 AsyncResult _result = (AsyncResult)result;
34 MyDelegate myDelegate = (MyDelegate)_result.AsyncDelegate;
35 string data = myDelegate.EndInvoke(_result);
36 Console.WriteLine(data);
37 }
38
39 static void ThreadMessage(string data)
40 {
41 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",
42 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
43 Console.WriteLine(message);
44 }
45 }
可以看到，主線在調(diào)用BeginInvoke方法可以繼續(xù)執(zhí)行其他命令，而無(wú)需再等待了，這無(wú)疑比使用輪詢方式判斷異步方法是否完成更有優(yōu)勢(shì)。
在異步方法執(zhí)行完成后將會(huì)調(diào)用AsyncCallback所綁定的回調(diào)函數(shù)，注意一點(diǎn)，回調(diào)函數(shù)依然是在異步線程中執(zhí)行，這樣就不會(huì)影響主線程的運(yùn)行，這也使用回調(diào)函數(shù)最值得青昧的地方。
在回調(diào)函數(shù)中有一個(gè)既定的參數(shù)IAsyncResult,把IAsyncResult強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為AsyncResult后，就可以通過(guò) AsyncResult.AsyncDelegate 獲取原委托，再使用EndInvoke方法獲取計(jì)算結(jié)果。
運(yùn)行結(jié)果如下：
如 果想為回調(diào)函數(shù)傳送一些外部信息，就可以利用BeginInvoke(AsyncCallback,object)的最后一個(gè)參數(shù)object,它允許外 部向回調(diào)函數(shù)輸入任何類(lèi)型的參數(shù)。只需要在回調(diào)函數(shù)中利用 AsyncResult.AsyncState 就可以獲取object對(duì)象。
1 class Program
2 {
3 public class Person
4 {
5 public string Name;
6 public int Age;
7 }
8
9 delegate string MyDelegate(string name);
10
11 static void Main(string[] args)
12 {
13 ThreadMessage("Main Thread");
14
15 //建立委托
16 MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
17
18 //建立Person對(duì)象
19 Person person = new Person();
20 person.Name = "Elva";
21 person.Age = 27;
22
23 //異步調(diào)用委托，輸入?yún)?shù)對(duì)象person, 獲取計(jì)算結(jié)果
24 myDelegate.BeginInvoke("Leslie", new AsyncCallback(Completed), person);
25
26 //在啟動(dòng)異步線程后，主線程可以繼續(xù)工作而不需要等待
27 for (int n = 0; n < 6; n++)
28 Console.WriteLine(" Main thread do work!");
29 Console.WriteLine("");
30
31 Console.ReadKey();
32 }
33
34 static string Hello(string name)
35 {
36 ThreadMessage("Async Thread");
37 Thread.Sleep(2000);
38 return "\nHello " + name;
39 }
40
41 static void Completed(IAsyncResult result)
42 {
43 ThreadMessage("Async Completed");
44
45 //獲取委托對(duì)象，調(diào)用EndInvoke方法獲取運(yùn)行結(jié)果
46 AsyncResult _result = (AsyncResult)result;
47 MyDelegate myDelegate = (MyDelegate)_result.AsyncDelegate;
48 string data = myDelegate.EndInvoke(_result);
49 //獲取Person對(duì)象
50 Person person = (Person)result.AsyncState;
51 string message = person.Name + "'s age is " + person.Age.ToString();
52
53 Console.WriteLine(data+"\n"+message);
54 }
55
56 static void ThreadMessage(string data)
57 {
58 string message = string.Format("{0}\n ThreadId is:{1}",
59 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
60 Console.WriteLine(message);
61 }
62 }
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