C#多线程之线程池ThreadPool详解

简介

线程池是一种使用共享资源（线程）的方式，它在系统中维护着一定数量的线程，在任务到来时将其分配给线程执行，执行完毕后线程归还给线程池，以便其他任务使用。线程池采用的是池化思想，能够避免频繁创建和销毁线程造成的资源浪费，提高程序性能。在C#中，我们可以使用ThreadPool类实现线程池的功能。

线程池的优点

1. 线程池重用现有线程，避免了频繁创建和销毁线程的开销；
2. 可以限制同时执行的线程数量，防止系统因为线程数量过多而崩溃；
3. 通过线程池管理线程，可以更好地控制程序的执行。

线程池的创建

我们可以通过ThreadPool类的静态方法创建线程池，其中最常用的方法是：

public static bool SetMaxThreads(int workerThreads, int completionPortThreads);

其中，workerThreads参数表示线程池中的工作线程数量，completionPortThreads参数表示线程池中的I/O线程数量。该方法返回一个布尔值，表示线程池的最大线程数是否设置成功。

示例

这里我们设置线程池中的工作线程数量为10，I/O线程数量为4：

ThreadPool.SetMaxThreads(10, 4);

线程池的使用

向线程池中添加任务

线程池的核心功能就是执行任务，我们可以通过QueueUserWorkItem方法向线程池中添加任务：

public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack);
public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack, object state);

其中，第一个方法只接受一个WaitCallback委托作为参数，第二个方法不仅接受WaitCallback委托，还可以传入一个object类型的状态参数state。

示例1

下面示例演示了如何向线程池中添加任务，这里我们定义了一个回调方法DoWork，将其传入QueueUserWorkItem方法中：

public static void DoWork(object state)
{
    Console.WriteLine($"Task {state} is executing on thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}

ThreadPool.QueueUserWorkItem(DoWork, "A");
ThreadPool.QueueUserWorkItem(DoWork, "B");
ThreadPool.QueueUserWorkItem(DoWork, "C");

运行程序，输出结果如下：

Task A is executing on thread 3
Task C is executing on thread 4
Task B is executing on thread 5

可以发现，线程池中的三个任务被分别分配给了不同的线程执行。

示例2

我们可以使用AutoResetEvent类型的事件来阻塞线程，当线程完成任务后，发出信号解除阻塞。下面示例演示了如何使用AutoResetEvent实现同步：

public static void DoWork(object state)
{
    Console.WriteLine($"Task {state} is executing on thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    Thread.Sleep(1000);
}

AutoResetEvent resetEvent = new AutoResetEvent(false);

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    ThreadPool.QueueUserWorkItem((state) =>
    {
        DoWork(state);
        if (Interlocked.Decrement(ref count) == 0)
        {
            resetEvent.Set();
        }
    }, i);
}

resetEvent.WaitOne();
Console.WriteLine("All tasks have been executed.");

该示例中，我们向线程池中添加了10个任务，并使用AutoResetEvent类型的resetEvent事件来同步这10个任务。当线程池中的10个任务完成后，resetEvent事件发出信号，解除线程阻塞。

总结

线程池是一种非常有用的多线程技术，可以避免频繁创建和销毁线程造成的资源浪费，提高程序性能。在C#中，我们可以使用ThreadPool类来实现线程池的功能。通过QueueUserWorkItem方法向线程池中添加任务，可以实现多线程操作。