C＃的多线程机制探索

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本文中出现的代码均在.net Framework RC3环境中运行通过......

作者：挽留刀来源：Yesky 2007年11月14日

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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

　　与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ThreadPool和Timer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。

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