C#线程池详解

一、线程池的概念

1、线程的创建和销毁要付出较高的代价，频繁创建和销毁线程会降低系统的性能。线程池就是一些在应用程序起始时就创建好的线程，这些线程可用于执行应用程序需要的不同操作。

2、线程池为每个任务提供一个工作线程，任务执行完后工作线程的状态会重置，以便执行下一个任务，而不是被销毁。

3、线程池有一个任务队列，所有等待执行的任务都进入任务队列，在有空闲线程时会从队列中取出一个任务执行，如果没有空闲线程就等待直到有线程可用。

using System;
using System.Threading;

namespace ThreadPoolExample
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(PrintHello);
            }
            Console.ReadKey();
        }

        private static void PrintHello(object state)
        {
            Console.WriteLine($"Hello from thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }
    }
}

二、线程池的使用

1、线程池的创建

线程池是由framework提供的，可以使用ThreadPool类的静态方法来创建。ThreadPool.GetMaxThreads()方法返回可用于线程池的最大线程数。ThreadPool.GetAvailableThreads()方法返回线程池中空闲线程的数量。

int maxThreads;
int availableThreads;
ThreadPool.GetMaxThreads(out maxThreads, out availableThreads);
Console.WriteLine($"Max threads: {maxThreads}. Available threads: {availableThreads}");

2、线程池的任务添加

可以使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法添加任务到线程池，该方法接受一个委托作为参数，需要执行的代码可以是匿名方法或普通方法。

ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(PrintHello));
ThreadPool.QueueUserWorkItem(PrintHello);

3、线程池的工作队列

可以使用ThreadPool.GetQueuedThreadInfo()方法获取线程池正在排队的工作线程的一些信息。

ThreadPool.GetQueuedThreadInfo(out int queueLength, out int workerThreads);
Console.WriteLine($"Queue length: {queueLength}. Worker threads: {workerThreads}");

三、线程池的优化

1、线程池的自定义大小

线程池的大小默认是由CLR制定的，但可以通过调用ThreadPool.SetMaxThreads()和ThreadPool.SetMinThreads()方法来自定义。

ThreadPool.SetMaxThreads(4, 4);
ThreadPool.SetMinThreads(2, 2);

2、使用线程池执行长时间任务

由于线程池的默认大小是有限的，如果存在一个耗时很长的任务，会占用线程池的大部分线程，导致其他任务等待执行。

可以将长时间任务分成多个小任务，并使用异步方式执行，以便在等待长时间任务完成时释放线程池中的线程。

for (int i = 0; i < 100; i++)
{
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
    {
        // DoSomeWork()是一个耗时很长的方法
        var result = DoSomeWork();
        // 执行完小任务之后，释放线程池中的线程
    });
}

3、避免线程池阻塞

线程池中的每个线程默认都是前台线程，会保持程序运行。当调用某些方法时，如Thread.Sleep()或 Thread.Join()，会产生阻塞线程池的效果。

为了避免线程池被阻塞，可以创建一个后台线程，代替前台线程，使用ManualResetEvent.WaitOne()方法等待。

static void Main(string[] args)
{
    var resetEvent = new ManualResetEvent(false);
    var thread = new Thread(() =>
    {
        // DoSomethingLong();
        resetEvent.Set();
    }) { IsBackground = true };
    thread.Start();
    resetEvent.WaitOne();
}

四、线程池使用场景

线程池适用于需要执行大量可以异步执行的任务的情况。常见的应用包括：网络套接字通信的异步执行、大量文件I / O异步执行、在多个客户端中异步执行长时间操作以提高Web服务器吞吐量等。

五、参考链接

c#线程池：https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.threadpool?view=net-5.0

c#线程池介绍：https://www.cnblogs.com/hanyinglong/p/6913031.html