Thread 和 ThreadPool 简单梳理（C#）【并发编程系列】

技术分享 3年前 (2023-07-15) 0 999+

〇、前言

对于 Thread 和 ThreadPool 已经是元老级别的类了。Thread 是 C# 语言对线程对象的封装，它从 .NET 1.0 版本就有了，然后 ThreadPool 是 .Net Framework 2.0 版本中出现的，都是相当成熟的存在。

当然，现在已经出现了 Task 和 PLinq 等更高效率的并发类，线程和线程池在实际开发中逐渐减少了，但是不能不知道他们的用法，因为总有需要对接的内容，别人用了你也得能看懂。

本文将结合示例，简单介绍下 Thread 和 ThreadPool。

一、Thread 类

Thread 类的功能就是，创建和控制线程，设置其优先级并获取其状态。

下边代码简单示例说明下 Thread 的相关内容：

public static void Main() {     // （1）     //var th1 = new Thread(ExecuteInForeground);     //th1.Start();     // （2）     //var th2 = new Thread(ExecuteInForeground);     //th2.IsBackground = true;     //th2.Start();     // （3）     //ThreadPool.QueueUserWorkItem(ExecuteInForeground);     Thread.Sleep(1000);     // Console.WriteLine($"主线程 ({Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}) 即将退出 执行 Join() 方法。。。");     // th2.Join();     Console.WriteLine($"主线程 ({Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}) 即将退出。。。");     //Console.ReadLine(); } private static void ExecuteInForeground(object state) {     var sw = Stopwatch.StartNew();     Console.WriteLine("线程 {0}: {1}, 优先级: {2}",                         Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,                         Thread.CurrentThread.ThreadState,                         Thread.CurrentThread.Priority);     do     {         Console.WriteLine("线程 {0}: 计时 {1:N2} 秒",                             Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,                             sw.ElapsedMilliseconds / 1000.0);         Thread.Sleep(500);     } while (sw.ElapsedMilliseconds <= 5000);     sw.Stop(); }

注释部分三组线程启动的结果如下三图：

Thread 和 ThreadPool 简单梳理（C#）【并发编程系列】

第 1 部分，是前台线程，必须运行完毕，主线程才会退出，所以一直运行到 5s 之前。

第 2、3 部分，均为后台线程，当主线程运行完成之时，无论是否运行完成直接中断，所以只循环了两次就退出了。

关于 Join() 方法

代码中th2.Join()如果在后台线程上执行，这结果如下图，将会等待后台线程完成后主线程才结束。

二、ThreadPool 类

由于线程对象的创建时需要分配内存，GC 过程中销毁对象，然后整合零散的内存块，从而占用 CPU 资源，会影响程序性能，所以 ThreadPool 诞生了。

使用线程池，可以通过向应用程序提供由系统管理的工作线程池，来更有效的使用线程。
线程池可以通过重用线程、控制线程数量等操作，减少频繁创建和切换线程所带来的开销，从而提高响应速度。
可直接使用线程池中空闲的线程，而不必等待线程的创建，方便管理线程。

注意，托管线程池中的线程是后台线程，其 IsBackground 属性为 true。

1、ThreadPool 的几个属性值

CompletedWorkItemCount：获取迄今为止已处理的工作项数。
PendingWorkItemCount：获取当前已加入处理队列的工作项数。
ThreadCount：获取当前存在的线程池线程数。

下面是一个关于线程池的几个属性值，以及开启新的后台线程并传入参数的实例：

//存放要计算的数值的字段 public static double num1 = -1; public static double num2 = -1; static void Main(string[] args) {     int workerThreads, completionPortThreads;     // public static void GetMaxThreads (out int workerThreads, out int completionPortThreads);     ThreadPool.GetMaxThreads(out workerThreads, out completionPortThreads);     Console.WriteLine($"线程池中辅助线程的最大数目：{workerThreads}");     Console.WriteLine($"线程池中异步 I/O 线程的最大数目：{completionPortThreads}");     Console.WriteLine();     // public static void GetMinThreads(out int workerThreads, out int completionPortThreads);     ThreadPool.GetMinThreads(out workerThreads, out completionPortThreads);     Console.WriteLine($"线程池根据需要创建的最少数量的辅助线程：{workerThreads}");     Console.WriteLine($"线程池根据需要创建的最少数量的异步 I/O 线程：{completionPortThreads}");     Console.WriteLine();     ThreadPool.SetMaxThreads(100, 15); // set 的值必须是 Min~Max 之间的值，否则会设置不成功     ThreadPool.GetMaxThreads(out workerThreads, out completionPortThreads);     Console.WriteLine($"set 线程池中辅助线程的最大数目：{workerThreads}");     Console.WriteLine($"set 线程池中异步 I/O 线程的最大数目：{completionPortThreads}");     Console.WriteLine();      // 命名参数 传入后台线程     int num = 2;     // 启动第一个任务：计算x的8次方     Console.WriteLine("启动第一个任务：计算{0}的8次方.", num);     ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(TaskProc1), num);     // 启动第二个任务     Console.WriteLine("启动第二个任务：计算{0}的8次方", num);     ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(TaskProc2), num);     // 等待两个数值等完成计算     while (num1 == -1 || num2 == -1) ;     //打印计算结果     Console.WriteLine($"{num} 的 8 次方为 {num1} {num2}");     Console.ReadLine(); } private static void TaskProc2(object state) {     Console.WriteLine($"TaskProc2-Thread-{Thread.CurrentThread.IsBackground}");     num1 = Math.Pow(Convert.ToDouble(state), 8); } private static void TaskProc1(object state) {     num2 = Math.Pow(Convert.ToDouble(state), 8); }

输出结果：

2、由线程池生成一个可以取消的后台线程

如下代码，在没有单击回车键之前，程序会一直打印递增数字，当收到回车指令后，cts.Cancel();被执行，后台线程就取消成功了。

static void Main(string[] args) {     CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();     ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => Counts(cts.Token, 1000));     Console.WriteLine("Press Any Key to cancel the operation");     Console.ReadLine();     cts.Cancel();     Console.ReadLine(); } private static void Counts(CancellationToken token, int CountTo) {     for (int count = 0; count < CountTo; count++)     {         if (token.IsCancellationRequested)         {             Console.WriteLine("Count is cancelled");             break;         }         Console.WriteLine(count);         Thread.Sleep(200);     }     Console.WriteLine("Count is stopped"); }

结果如下图：

三、Thread 和 ThreadPool 性能比较

如下代码，分别执行 100 次，看最终需要的时间成本：

public static void Main() {     Stopwatch sw = new Stopwatch();     sw.Start();     for (int i = 0; i < 100; i++)     {         Thread th = new Thread(() =>         {             int count = 0;             count++;         });         th.Start();     }     sw.Stop();     Console.WriteLine("运行创建线程所需要的时间为：" + sw.ElapsedMilliseconds);     sw.Restart();     for (int i = 0; i < 100; i++)     {         ThreadPool.QueueUserWorkItem(t =>         {             int count = 0;             count++;         });     }     sw.Stop();     Console.WriteLine("运行线程池所需要花费的时间：" + sw.ElapsedMilliseconds);     Console.ReadLine(); }

如下图，明显线程池性能更佳：