.NET 6线程池ThreadPool实现概述

“.NET 6线程池ThreadPool实现概述”指 .NET 6 中线程池 ThreadPool 的实现方法和相关概念。本攻略将会对线程池的基础概念、线程池的创建、使用、回收等过程进行详细讲解，并提供两个示例说明以帮助读者深入理解。

1、线程池的基础概念

1.1 线程池概述

线程池是管理线程的一个集合。线程池中的所有线程统一由线程池管理，极大地降低了线程的创建和销毁所带来的性能开销。线程池的目的是尽可能地减少线程的创建和销毁，以及上下文切换的次数。

1.2 线程池的使用场景

当我们需要异步执行一些比较耗时的操作时，比如网络请求、磁盘读写等，通常会创建一些新线程来执行这些操作，但线程的创建和销毁会消耗很多资源。此时，线程池就可以派上用场了。线程池包含了一组线程池线程，可以自动地分配和回收线程。

1.3 线程池的优势

使用线程池，可以大幅度减少线程的创建和销毁所带来的性能开销，避免因线程数过多而导致的系统性能下降。另外，线程池还能够更好地控制线程的数量和优先级，从而更加精准地利用系统资源。

2、线程池的创建和使用

2.1 线程池的创建方法

在 C# 中，我们可以使用 ThreadPool 类创建线程池：

ThreadPool.GetMaxThreads(out int workerThreads, out int completionPortThreads);
ThreadPool.SetMaxThreads(workerThreads * 2, completionPortThreads * 2);

以上代码通过 ThreadPool.GetMaxThreads 方法获取本机支持的最大工作线程数和完成端口线程数，并将其扩大成两倍，再使用 ThreadPool.SetMaxThreads 方法来设置线程池的最大工作线程数和完成端口线程数。

2.2 线程池的使用方法

线程池中的线程都是由线程池管理的，我们无法直接控制具体的线程。我们可以通过 ThreadPool.QueueUserWorkItem 方法来向线程池中添加一个工作项，并在线程池中调用一个方法：

ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(DoSomeWork), null);

其中，DoSomeWork 方法是我们自己编写的一个方法，线程池将会在后台创建一个线程，并调用 DoSomeWork 方法。

3、线程池的回收

3.1 线程池中工作线程的回收

在使用线程池时，当线程池中的一个工作项执行完毕后，工作线程将回收到线程池中，以便后续的工作项继续使用。如果线程池中的线程数量超过了线程池的最大线程数，那么多余的工作线程将会被回收。

3.2 线程池中完成端口线程的回收

线程池中还包含了一类特殊的线程：完成端口线程。完成端口线程主要用于异步 I/O 操作的处理，比如网络 I/O、磁盘 I/O 等。当一个 I/O 操作完成时，会通过完成端口通知线程池并回收该线程。

4、示例说明

下面分别通过一个计算素数和多线程下载文件的例子来说明线程池的使用方法。

4.1 计算素数

下面是一个计算素数的示例，使用线程池计算从 1 到 100 的素数：

static void Main(string[] args)
{
    // 设置最大线程数为 4
    ThreadPool.SetMaxThreads(4, 4); 

    int completed = 0;
    bool[] primes = new bool[100];

    for (int i = 2; i < prime.Length; i++)
    {
        ThreadPool.QueueUserWorkItem((state) =>
        {
            int num = (int)state;
            if (IsPrime(num))
            {
                primes[num] = true;
            }
            Interlocked.Increment(ref completed); // 统计完成的线程数量
        }, i);
    }

    while (completed < 100) { } // 等待所有线程执行完毕

    for (int i = 2; i < prime.Length; i++)
    {
        if (primes[i])
        {
            Console.Write($"{i} ");
        }
    }
}

static bool IsPrime(int num)
{
    if (num == 2)
    {
        return true;
    }

    if (num < 2 || num % 2 == 0)
    {
        return false;
    }

    for (int i = 3; i <= Math.Sqrt(num); i += 2)
    {
        if (num % i == 0)
        {
            return false;
        }
    }

    return true;
}

以上代码通过调用 ThreadPool.QueueUserWorkItem 方法向线程池中添加 99 个工作项，每个工作项负责判断一个数是否为素数。通过 Interlocked.Increment 方法统计完成的线程数量，并等待所有线程执行完毕，最后输出所有的素数。

4.2 多线程下载文件

下面是一个多线程下载文件的示例，使用线程池实现同时下载多个文件：

private static void Main(string[] args)
{
    // 设置最大线程数为 4
    ThreadPool.SetMaxThreads(4, 4);

    var urls = new List<string>() { "url1", "url2", "url3", "url4" };

    foreach (string url in urls)
    {
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
        {
            DownloadFile(url);
        });
    }

    Console.ReadLine();
}

private static void DownloadFile(string url)
{
    using var client = new WebClient();
    string fileName = Path.GetFileName(new Uri(url).AbsolutePath);

    Console.WriteLine($"开始下载 {url} 到 {fileName} ......");

    try
    {
        client.DownloadFile(url, fileName);
    }
    catch (Exception ex)
    {
         Console.WriteLine($"下载 {url} 失败，错误信息：{ex.Message}");
    } 

    Console.WriteLine($"下载 {url} 结束，已下载到 {fileName}");
}

以上代码通过调用 ThreadPool.QueueUserWorkItem 方法向线程池中添加多个工作项，每个工作项负责下载一个文件。通过 WebClient 来下载文件，如果下载失败则输出错误信息。最后，在主线程中等待用户输入，防止程序退出。

以上是两个使用线程池的示例，希望能帮助读者进一步理解线程池的相关知识。