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C#多线程之线程池篇3
在上一篇C#多线程之线程池篇2中，我们主要学习了线程池和并行度以及如何实现取消选项的相关知识。在这一篇中，我们主要学习如何使用等待句柄和超时、使用计时器和使用BackgroundWorker组件的相关知识。
五、使用等待句柄和超时
在这一小节中，我们将学习如何在线程池中实现超时和正确地实现等待。具体操作步骤如下：
1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。
2、双击打开“Program.cs”文件，编写代码如下所示：
1 using System; 2 using System.Threading; 3 using static System.Console; 4 using static System.Threading.Thread; 5 6 namespace Recipe05 7 { 8 class Program 9 { 10 // CancellationTokenSource：通知System.Threading.CancellationToken，告知其应被取消。 11 static void WorkerOperationWait(CancellationTokenSource cts, bool isTimedOut) 12 { 13 if (isTimedOut) 14 { 15 // 传达取消请求。 16 cts.Cancel(); 17 WriteLine("Worker operation timed out and was canceled."); 18 } 19 else 20 { 21 WriteLine("Worker operation succeeded."); 22 } 23 } 24 25 // CancellationToken：传播有关应取消操作的通知。 26 // ManualResetEvent：通知一个或多个正在等待的线程已发生事件。 27 static void WorkerOperation(CancellationToken token, ManualResetEvent evt) 28 { 29 for (int i = 0; i < 6; i++) 30 { 31 // 获取是否已请求取消此标记。如果已请求取消此标记，则为 true；否则为 false。 32 if (token.IsCancellationRequested) 33 { 34 return; 35 } 36 Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); 37 } 38 // 将事件状态设置为终止状态，允许一个或多个等待线程继续。 39 evt.Set(); 40 } 41 42 static void RunOperations(TimeSpan workerOperationTimeout) 43 { 44 using (var evt = new ManualResetEvent(false)) 45 using (var cts = new CancellationTokenSource()) 46 { 47 // 注册一个等待System.Threading.WaitHandle的委托，并指定一个System.TimeSpan值来表示超时时间。 48 // 第一个参数：要注册的System.Threading.WaitHandle。使用System.Threading.WaitHandle而非 System.Threading.Mutex。 49 // 第二个参数：waitObject参数终止时调用的System.Threading.WaitOrTimerCallback 委托。 50 // 第三个参数：传递给委托的对象。 51 // 第四个参数：System.TimeSpan表示的超时时间。如果timeout为0（零），则函数将测试对象的状态并立即返回。如果timeout为 -1，则函数的超时间隔永远不过期。 52 // 第五个参数：如果为true，表示在调用了委托后，线程将不再在waitObject参数上等待；如果为false，表示每次完成等待操作后都重置计时器，直到注销等待。 53 // 返回值：封装本机句柄的System.Threading.RegisteredWaitHandle。 54 var worker = ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(evt, (state, isTimedOut) => WorkerOperationWait(cts, isTimedOut), null, workerOperationTimeout, true); 55 56 WriteLine("Starting long running operation..."); 57 // ThreadPool.QueueUserWorkItem：将方法排入队列以便执行。此方法在有线程池线程变得可用时执行。 58 // cts.Token：获取与此System.Threading.CancellationTokenSource关联的System.Threading.CancellationToken。 59 ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => WorkerOperation(cts.Token, evt)); 60 61 Sleep(workerOperationTimeout.Add(TimeSpan.FromSeconds(2))); 62 63 // 取消由System.Threading.ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject方法发出的已注册等待操作。 64 worker.Unregister(evt); 65 } 66 } 67 68 static void Main(string[] args) 69 { 70 // 实现超时 71 RunOperations(TimeSpan.FromSeconds(5)); 72 // 实现等待 73 RunOperations(TimeSpan.FromSeconds(7)); 74 } 75 } 76 }
3、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：
线程池还有另一个有用的方法：ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject，该方法允许我们将回调方法放入线程池的队列中，当所提供的等待句柄发送信号或者超时发生时，该回调方法即被执行。这允许我们对线程池中的操作实现超时。
在第71行代码处，我们在主线程中调用了“RunOperations”方法，并给它的workerOperationTimeout参数传递了数值5，表示超时时间为5秒。
在第54行代码处，我们调用了ThreadPool的“RegisterWaitForSingleObject”静态方法，并指定了回调方法所要执行的操作是“WorkerOperationWait”方法，超时时间是5秒。
在第59行代码处，我们调用ThreadPool的“QueueUserWorkItem”静态方法来执行“WorkerOperation”方法，而该方法所消耗的时间为6秒，在这六秒中内已经在线程池中发送了超时，所以会执行第13~18行和第32~35行处的代码。
在第73行代码处，我们传递了数值7给“RunOperations”方法，设置线程池的超时时间为7秒，因为“WorkerOperation”方法的执行时间为6秒，所以在这种情况下没有发生超时，成功执行完毕“WorkerOperation”方法。
六、使用计时器
在这一小节中，我们将学习如何使用System.Threading.Timer对象在线程池中定期地调用一个异步操作。具体操作步骤如下所示：
1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。
2、双击打开“Program.cs”文件，编写代码如下所示：
1 using System; 2 using System.Threading; 3 using static System.Console; 4 using static System.Threading.Thread; 5 6 namespace Recipe06 7 { 8 class Program 9 { 10 static Timer timer; 11 12 static void TimerOperation(DateTime start) 13 { 14 TimeSpan elapsed = DateTime.Now - start; 15 WriteLine($"{elapsed.Seconds} seconds from {start}. Timer thread pool thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}"); 16 } 17 18 static void Main(string[] args) 19 { 20 WriteLine("Press ‘Enter‘ to stop the timer..."); 21 DateTime start = DateTime.Now; 22 // 初始化Timer类的新实例，使用System.TimeSpan值来度量时间间隔。 23 // 第一个参数：一个System.Threading.TimerCallback委托，表示要执行的方法。 24 // 第二个参数：一个包含回调方法要使用的信息的对象，或者为null。 25 // 第三个参数：System.TimeSpan，表示在callback参数调用它的方法之前延迟的时间量。指定-1毫秒以防止启动计时器。指定零(0)可立即启动计时器。 26 // 第四个参数：在调用callback所引用的方法之间的时间间隔。指定-1毫秒可以禁用定期终止。 27 timer = new Timer(_ => TimerOperation(start), null, TimeSpan.FromSeconds(1), TimeSpan.FromSeconds(2)); 28 try 29 { 30 Sleep(TimeSpan.FromSeconds(6)); 31 // 更改计时器的启动时间和方法调用之间的时间间隔，使用System.TimeSpan值度量时间间隔。 32 // 第一个参数：一个System.TimeSpan，表示在调用构造System.Threading.Timer时指定的回调方法之前的延迟时间量。指定负-1毫秒以防止计时器重新启动。指定零(0)可立即重新启动计时器。 33 // 第二个参数：在构造System.Threading.Timer时指定的回调方法调用之间的时间间隔。指定-1毫秒可以禁用定期终止。 34 timer.Change(TimeSpan.FromSeconds(1), TimeSpan.FromSeconds(4)); 35 ReadLine(); 36 } 37 finally 38 { 39 timer.Dispose(); 40 } 41 } 42 } 43 }
3、运行该控制台应用程序，运行效果（每次运行效果可能不同）如下图所示：
首先，我们创建了一个Timer实例，它的构造方法的第一个参数是一个lambda表达式，表示要在线程池中执行的代码，在该表达式中我们调用了“TimerOperation”方法，并给它提供了一个开始时间值。由于我们没有使用state对象，因此我们给Timer的构造方法的第二个参数传递了null。第三个参数表示第一次执行“TimerOperation”所要花费的时间为1秒钟。第四个参数表示每次调用“TimerOperation”之间的时间间隔为2秒钟。
在主线程阻塞6秒钟之后，我们调用了Timer实例的“Change”方法，更改了每次调用“TimerOperation”之间的时间间隔为4秒钟。
最后，我们等待输入“Enter”键来结束应用程序。
七、使用BackgroundWorker组件
在这一小节中，我们学习另外一种异步编程的方式：BackgroundWorker组件。在这个组件的帮助下，我们可以通过一系列事件和事件处理方法组织我们的异步代码。具体操作步骤如下所示：
1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。
2、双击打开“Program.cs”文件，编写代码如下所示：
1 using System; 2 using System.ComponentModel; 3 using System.Threading; 4 using static System.Console; 5 using static System.Threading.Thread; 6 7 namespace Recipe07 8 { 9 class Program 10 { 11 static void WorkerDoWork(object sender, DoWorkEventArgs e) 12 { 13 WriteLine($"DoWork thread pool thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}"); 14 var bw = (BackgroundWorker)sender; 15 for (int i = 1; i <= 100; i++) 16 { 17 // 获取一个值，指示应用程序是否已请求取消后台操作。 18 // 如果应用程序已请求取消后台操作，则为 true；否则为 false。默认值为 false。 19 if (bw.CancellationPending) 20 { 21 e.Cancel = true; 22 return; 23 } 24 25 if (i % 10 == 0) 26 { 27 // 引发 System.ComponentModel.BackgroundWorker.ProgressChanged 事件。 28 // 参数：已完成的后台操作所占的百分比，范围从 0% 到 100%。 29 bw.ReportProgress(i); 30 } 31 32 Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.1)); 33 } 34 35 // 获取或设置表示异步操作结果的值。 36 e.Result = 42; 37 } 38 39 static void WorkerProgressChanged(object sender, ProgressChangedEventArgs e) 40 { 41 // e.ProgressPercentage：获取异步任务的进度百分比。 42 WriteLine($"{e.ProgressPercentage}% completed. Progress thread pool thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}"); 43 } 44 45 static void WorkerCompleted(object sender, RunWorkerCompletedEventArgs e) 46 { 47 WriteLine($"Completed thread pool thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}"); 48 // e.Error：获取一个值，该值指示异步操作期间发生的错误。 49 if (e.Error != null) 50 { 51 // 打印出异步操作期间发生的错误信息。 52 WriteLine($"Exception {e.Error.Message} has occured."); 53 } 54 else if (e.Cancelled) // 获取一个值，该值指示异步操作是否已被取消。 55 { 56 WriteLine($"Operation has been canceled."); 57 } 58 else 59 { 60 // e.Result：获取表示异步操作结果的值。 61 WriteLine($"The answer is: {e.Result}"); 62 } 63 } 64 65 static void Main(string[] args) 66 { 67 // 初始化System.ComponentModel.BackgroundWorker类的新实例。该类在单独的线程上执行操作。 68 var bw = new BackgroundWorker(); 69 // 获取或设置一个值，该值指示System.ComponentModel.BackgroundWorker能否报告进度更新。 70 // 如果System.ComponentModel.BackgroundWorker支持进度更新，则为true；否则为false。默认值为false。 71 bw.WorkerReportsProgress = true; 72 // 获取或设置一个值，该值指示System.ComponentModel.BackgroundWorker是否支持异步取消。 73 // 如果System.ComponentModel.BackgroundWorker支持取消，则为true；否则为false。默认值为false。 74 bw.WorkerSupportsCancellation = true; 75 76 // 调用System.ComponentModel.BackgroundWorker.RunWorkerAsync时发生。 77 bw.DoWork += WorkerDoWork; 78 // 调用System.ComponentModel.BackgroundWorker.ReportProgress(System.Int32)时发生。 79 bw.ProgressChanged += WorkerProgressChanged; 80 // 当后台操作已完成、被取消或引发异常时发生。 81 bw.RunWorkerCompleted += WorkerCompleted; 82 83 // 开始执行后台操作。 84 bw.RunWorkerAsync(); 85 86 WriteLine("Press C to cancel work"); 87 88 do 89 { 90 // 获取用户按下的下一个字符或功能键。按下的键可以选择显示在控制台窗口中。 91 // 确定是否在控制台窗口中显示按下的键。如果为 true，则不显示按下的键；否则为 false。 92 if (ReadKey(true).KeyChar == ‘C‘) 93 { 94 // 请求取消挂起的后台操作。 95 bw.CancelAsync(); 96 } 97 } 98 // 获取一个值，指示System.ComponentModel.BackgroundWorker是否正在运行异步操作。 99 // 如果System.ComponentModel.BackgroundWorker正在运行异步操作，则为true；否则为false。 100 while (bw.IsBusy); 101 } 102 } 103 }
3、运行该控制台应用程序，运行效果（每次运行效果可能不同）如下图所示：
在第68行代码处，我们创建了一个BackgroundWorker组件的实例，并且在第71行代码和第74行代码处明确地说明该实例支持进度更新和异步取消操作。
在第77行代码、第79行代码和第81行代码处，我们给该实例挂载了三个事件处理方法。每当DoWork、ProgressChanged和RunWorkerCompleted事件发生时，都会执行相应的“WorkerDoWork方法”、“WorkerProgressChanged”方法和“WorkerCompleted”方法。
其他代码请参考注释。
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