.NET多線程編程（4）——線程池

ReaderWriterLock class

　　它定義了一種鎖,提供惟一寫/多讀的機制,使得讀寫的同步.任意數目的線程均可以讀數據,數據鎖在有線程更新數據時將是須要的.讀的線程能夠獲取鎖,當且僅當這裏沒有寫的線程.當沒有讀線程和其餘的寫線程時,寫線程能夠獲得鎖.所以,一旦writer-lock被請求,全部的讀線程將不能讀取數據直到寫線程訪問完畢.它支持暫停而避免死鎖.它也支持嵌套的讀/寫鎖.支持嵌套的讀鎖的方法是ReaderWriterLock.AcquireReaderLock,若是一個線程有寫鎖則該線程將暫停 ;

　　支持嵌套的寫鎖的方法是ReaderWriterLock.AcquireWriterLock,若是一個線程有讀鎖則該線程暫停.若是有讀鎖將容易卻是死鎖.安全的辦法是使用ReaderWriterLock.UpgradeToWriterLock方法,這將使讀者升級到寫者.你能夠用ReaderWriterLock.DowngradeFromWriterLock方法使寫者降級爲讀者.調用ReaderWriterLock.ReleaseLock將釋放鎖, ReaderWriterLock.RestoreLock將從新裝載鎖的狀態到調用ReaderWriterLock.ReleaseLock之前 .


結論 :

　　這部分講述了.NET平臺上的線程同步的問題.造接下來的系列文章中我將給出一些例子來更進一步的說明這些使用的方法和技巧.雖然線程同步的使用會給咱們的程序帶來很大的價值,可是咱們最好可以當心使用這些方法.不然帶來的不是受益,而將卻是性能降低甚至程序崩潰.只有大量的聯繫和體會才能使你駕馭這些技巧.儘可能少使用那些在同步代碼塊完成不了或者不肯定的阻塞的東西,尤爲是I/O操做;儘量的使用局部變量來代替全局變量;同步用在那些部分代碼被多個線程和進程訪問和狀態被不一樣的進程共享的地方;安排你的代碼使得每個數據在一個線程裏獲得精確的控制;不是共享在線程之間的代碼是安全的;在下一篇文章中咱們將學習線程池有關的知識.

若是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。咱們將在這裏進一步討論一些.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

　　若是線程的數目並非不少,並且你想控制每一個線程的細節諸如線程的優先級等,使用Thread是比較合適的;可是若是有大量的線程,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。 對於按期的執行任務Timer類是合適的;使用表明是異步方法調用的首選。

System.Threading.ThreadPool Class

　　當你建立應用程序時,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,你也會認爲這是絕對的浪費資源。

　　若是這裏有不少的任務須要完成,每一個任務須要一個線程,你應該考慮使用線程池來更有效的管理你的資源而且從中受益。線程池是執行的多個線程集合,它容許你添加以線程自動建立和開始的任務到隊列裏面去。使用線程池使得你的系統能夠優化線程在CPU使用時的時間碎片。可是要記住在任何特定的時間點,每個進程和每一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能夠被系統管理,而使你的主要精力集中在工做流的邏輯而不是線程的管理。

　　當第一次實例化ThreadPool類時線程池將被建立。它有一個默認的上限,即每處理器最多能夠有25個,可是這個上限是能夠改變的。這樣使得處理器不會閒置下來。若是其中一個線程等待某個事件的發生,線程池將初始化另一個線程並投入處理器工做,線程池就是這樣不停的建立工做的線程和分配任務給那些沒有工做的在隊列裏的線程。惟一的限制是工做線程的數目不能超過最大容許的數目。每一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。一旦一項工做任務被加入隊列,你是不能取消的。

　　請求線程池處理一個任務或者工做項能夠調用QueueUserWorkItem方法。這個方法帶一個WaitCallback表明類型的參數,這個參數包裝了你藥完成的任務。運行時自動爲每個的任務建立線程而且在任務釋放時釋放線程。

　　下面的代碼說明了如何建立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);

}

　　你也能夠經過調用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表明方法的調用十分簡單(當WaitHandle被釋放時)。這些作法其實很簡單。這裏有一個線程不斷的觀測在線程池隊列等待操做的狀態。一旦等待操做完成,一個線程將被執行與其對應的任務。所以,這個方法隨着出發觸發事件的發生而增長一個線程。

　　讓咱們看看怎麼隨事件添加一個線程到線程池,其實很簡單。咱們只須要建立一個ManualResetEvent類的事件和一個WaitOrTimerCallback的表明,而後咱們須要一個攜帶表明狀態的對象,同時咱們也要決定休息間隔和執行方式。咱們將上面的都添加到線程池,而且激發一個事件:

public void afunction(object o)

{

// do what ever the function is supposed to do.

}


//object that will carry the status information

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,線程池建立了一個後臺的線程來回調。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。若是須要安全檢查將耗費更多的時間和增長系統的負擔,所以能夠經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。

　　你也能夠對與等待操做無關的任務排隊。 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。

　　線程池是很是有用的,被普遍的用於。NET平臺上的套節子編程,等待操做註冊,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並且不須要逐個的設置線程屬性是十分便利的。可是,你也應該很清楚,有不少的狀況是能夠用其餘的方法來替代線程池的。好比說你的計劃任務或給每一個線程特定的屬性,或者你須要將線程放入單個線程的空間(而線程池是將全部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,這些狀況你最好考慮清楚,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很是有效的,它不能被繼承。

　　這個類尤爲用來開發控制檯應用程序,由於System.Windows.Forms.Time是不可用的。好比同來備份文件和檢查數據庫的一致性。

當建立Timer對象時,你藥估計在第一個代理調用以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,而且在後來週期性的調用這個方法。你能夠適應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再也不使用時,你應該調用Dispose方法來釋放其資源。

　　TimerCallback表明負責指定與Timer對象相關聯的方法(就是要週期執行的任務)和狀態。它在方法應得的時間過去以後調用一次而且週期性的調用這個方法直到調用了Dispose方法釋放了Timer的全部資源。系統自動分配分離的線程。

　　讓咱們來看一段代碼看看事如何建立Timer對象和使用它的。咱們首先要建立一個TimerCallback代理,在後面的方法中要使用到的。若是須要,下一步咱們要建立一個狀態對象,它擁有與被代理調用的方法相關聯的特定信息。爲了使這些簡單一些,咱們傳遞一個空參數。咱們將實例化一個Timer對象,而後再使用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

　　這部份內容若是要講清楚原本就是很大的一部分,在這裏,我不打算詳細討論這個東西,咱們只是須要直到它是什麼,由於多線程編程若是忽律異步的多線程編程顯然是不該該的。異步的多線程編程是你的程序可能會用到的另一種多線程編程方法。

　　在前面的文章咱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,可是它有一個固有的致命的缺點,你或許注意到了這一點。那就是每一個線程必須做同步調用,也就是等到其餘的功能完成,不然就阻塞。固然,某些狀況下,對於那些邏輯上相互依賴的任務來講是足夠的。異步編程容許更加複雜的靈活性。一個線程能夠做異步調用,不須要等待其餘的東西。你可使用這些線程做任何的任務,線程負責獲取結果推動運行。這給予了那些須要管理數目巨大的請求並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平臺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

　　因爲學習的時候很難找到中文這方面的資料，所以我就只好學習英文的資料，因爲水平不高，翻譯的時候可能不免曲解原文的意思，但願你們可以指出，同時但願這些東西可以給你們在學習這方面知識給予必定的參考和幫助，那怕是一點點，就很欣慰了。