C#綜合揭秘——細說多線程（下）
本文主要從線程的基礎(chǔ)用法，CLR線程池當(dāng)中工作者線程與I/O線程的開發(fā)，并行操作PLINQ等多個方面介紹多線程的開發(fā)。
其中委托的BeginInvoke方法以及回調(diào)函數(shù)最為常用。
而 I/O線程可能容易遭到大家的忽略，其實在開發(fā)多線程系統(tǒng)，更應(yīng)該多留意I/O線程的操作。特別是在ASP.NET開發(fā)當(dāng)中，可能更多人只會留意在客戶端使用Ajax或者在服務(wù)器端使用UpdatePanel。其實合理使用I/O線程在通訊項目或文件下載時，能盡量降低IIS中的壓力。
并行編程是Framework4.0中極力推廣的異步操作方式，更值得更深入地學(xué)習(xí)。
本文主要從線程的基礎(chǔ)用法，CLR線程池當(dāng)中工作者線程與I/O線程的開發(fā)，并行操作PLINQ等多個方面介紹多線程的開發(fā)。
其中委托的BeginInvoke方法以及回調(diào)函數(shù)最為常用。
而 I/O線程可能容易遭到大家的忽略，其實在開發(fā)多線程系統(tǒng)，更應(yīng)該多留意I/O線程的操作。特別是在ASP.NET開發(fā)當(dāng)中，可能更多人只會留意在客戶端使用Ajax或者在服務(wù)器端使用UpdatePanel。其實合理使用I/O線程在通訊項目或文件下載時，能盡量降低IIS的壓力。
并行編程是Framework4.0中極力推廣的異步操作方式，更值得更深入地學(xué)習(xí)。
希望本篇文章能對各位的學(xué)習(xí)研究有所幫助，當(dāng)中有所錯漏的地方敬請點評。
目錄
五、CLR線程池的I/O線程
在前一節(jié)所介紹的線程都屬于CLR線程池的工作者線程，這一節(jié)開始為大家介紹一下CLR線程池的I/O線程
I/O 線程是.NET專為訪問外部資源所設(shè)置的一種線程，因為訪問外部資源常常要受到外界因素的影響，為了防止讓主線程受影響而長期處于阻塞狀態(tài)，.NET為多個I/O操作都建立起了異步方法，例如：FileStream、TCP/IP、WebRequest、WebService等等，而且每個異步方法的使用方式都非常類似，都是以BeginXXX為開始，以EndXXX結(jié)束，下面為大家一一解說。
5.1 異步讀寫 FileStream
需要在 FileStream 異步調(diào)用 I/O線程，必須使用以下構(gòu)造函數(shù)建立 FileStream 對象，并把useAsync設(shè)置為 true。
FileStream stream = new FileStream ( string path, FileMode mode, FileAccess access, FileShare share, int bufferSize,bool useAsync ) ;
其中 path 是文件的相對路徑或絕對路徑; mode 確定如何打開或創(chuàng)建文件; access 確定訪問文件的方式; share 確定文件如何進程共享; bufferSize 是代表緩沖區(qū)大小,一般默認最小值為8，在啟動異步讀取或?qū)懭霑r，文件大小一般大于緩沖大小; userAsync代表是否啟動異步I/O線程。
5.1.1 異步寫入
FileStream中包含BeginWrite、EndWrite 方法可以啟動I/O線程進行異步寫入。
public override IAsyncResult BeginWrite ( byte[] array, int offset, int numBytes, AsyncCallback userCallback, Object stateObject )
public override void EndWrite (IAsyncResult asyncResult )
BeginWrite 返回值為IAsyncResult, 使用方式與委托的BeginInvoke方法相似，最好就是使用回調(diào)函數(shù)，避免線程阻塞。在最后兩個參數(shù)中，參數(shù)AsyncCallback用于綁定回調(diào)函數(shù); 參數(shù)Object用于傳遞外部數(shù)據(jù)。要注意一點：AsyncCallback所綁定的回調(diào)函數(shù)必須是帶單個 IAsyncResult 參數(shù)的無返回值方法。
在例子中，把FileStream作為外部數(shù)據(jù)傳遞到回調(diào)函數(shù)當(dāng)中，然后在回調(diào)函數(shù)中利用IAsyncResult.AsyncState獲取FileStream對象，最后通過FileStream.EndWrite（IAsyncResult）結(jié)束寫入。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //把線程池的最大值設(shè)置為1000
6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
7 ThreadPoolMessage("Start");
8
9 //新立文件File.sour
10 FileStream stream = new FileStream("File.sour", FileMode.OpenOrCreate,
11 FileAccess.ReadWrite,FileShare.ReadWrite,1024,true);
12 byte[] bytes = new byte[16384];
13 string message = "An operating-system ThreadId has no fixed relationship........";
14 bytes = Encoding.Unicode.GetBytes(message);
15
16 //啟動異步寫入
17 stream.BeginWrite(bytes, 0, (int)bytes.Length,new AsyncCallback(Callback),stream);
18 stream.Flush();
19
20 Console.ReadKey();
21 }
22
23 static void Callback(IAsyncResult result)
24 {
25 //顯示線程池現(xiàn)狀
26 Thread.Sleep(200);
27 ThreadPoolMessage("AsyncCallback");
28 //結(jié)束異步寫入
29 FileStream stream = (FileStream)result.AsyncState;
30 stream.EndWrite(result);
31 stream.Close();
32 }
33
34 //顯示線程池現(xiàn)狀
35 static void ThreadPoolMessage(string data)
36 {
37 int a, b;
38 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
39 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n "+
40 "WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}",
41 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
42 Console.WriteLine(message);
43 }
44 }
由輸出結(jié)果可以看到，在使用FileStream.BeginWrite方法后，系統(tǒng)將自動啟動CLR線程池中I/O線程。
5.1.2 異步讀取
FileStream 中包含 BeginRead 與 EndRead 可以異步調(diào)用I/O線程進行讀取。
public override IAsyncResult BeginRead ( byte[] array,int offset,int numBytes, AsyncCallback userCallback,Object stateObject)
public override int EndRead(IAsyncResult asyncResult)
其使用方式與BeginWrite和EndWrite相似，AsyncCallback用于綁定回調(diào)函數(shù); Object用于傳遞外部數(shù)據(jù)。在回調(diào)函數(shù)只需要使用IAsyncResut.AsyncState就可獲取外部數(shù)據(jù)。EndWrite 方法會返回從流讀取到的字節(jié)數(shù)量。
首先定義 FileData 類，里面包含F(xiàn)ileStream對象，byte[] 數(shù)組和長度。然后把FileData對象作為外部數(shù)據(jù)傳到回調(diào)函數(shù)，在回調(diào)函數(shù)中，把IAsyncResult.AsyncState強制轉(zhuǎn)換為FileData，然后通過FileStream.EndRead（IAsyncResult）結(jié)束讀取。最后比較一下長度，若讀取到的長度與輸入的數(shù)據(jù)長度不一至，則拋出異常。
1 class Program
2 {
3 public class FileData
4 {
5 public FileStream Stream;
6 public int Length;
7 public byte[] ByteData;
8 }
9
10 static void Main(string[] args)
11 {
12 //把線程池的最大值設(shè)置為1000
13 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
14 ThreadPoolMessage("Start");
15 ReadFile();
16
17 Console.ReadKey();
18 }
19
20 static void ReadFile()
21 {
22 byte[] byteData=new byte[80961024];
23 FileStream stream = new FileStream("File1.sour", FileMode.OpenOrCreate,
24 FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, 1024, true);
25
26 //把FileStream對象,byte[]對象，長度等有關(guān)數(shù)據(jù)綁定到FileData對象中，以附帶屬性方式送到回調(diào)函數(shù)
27 FileData fileData = new FileData();
28 fileData.Stream = stream;
29 fileData.Length = (int)stream.Length;
30 fileData.ByteData = byteData;
31
32 //啟動異步讀取
33 stream.BeginRead(byteData, 0, fileData.Length, new AsyncCallback(Completed), fileData);
34 }
35
36 static void Completed(IAsyncResult result)
37 {
38 ThreadPoolMessage("Completed");
39
40 //把AsyncResult.AsyncState轉(zhuǎn)換為FileData對象，以FileStream.EndRead完成異步讀取
41 FileData fileData = (FileData)result.AsyncState;
42 int length=fileData.Stream.EndRead(result);
43 fileData.Stream.Close();
44
45 //如果讀取到的長度與輸入長度不一致，則拋出異常
46 if (length != fileData.Length)
47 throw new Exception("Stream is not complete!");
48
49 string data=Encoding.ASCII.GetString(fileData.ByteData, 0, fileData.Length);
50 Console.WriteLine(data.Substring(2,22));
51 }
52
53 //顯示線程池現(xiàn)狀
54 static void ThreadPoolMessage(string data)
55 {
56 int a, b;
57 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
58 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n "+
59 "WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}",
60 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
61 Console.WriteLine(message);
62 }
63
64 }
由輸出結(jié)果可以看到，在使用FileStream.BeginRead方法后，系統(tǒng)將自動啟動CLR線程池中I/O線程。
5.2 異步操作TCP/IP套接字
在介紹 TCP/IP 套接字前先簡單介紹一下 NetworkStream 類，它是用于網(wǎng)絡(luò)訪問的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流。 NetworkStream 提供了好幾個方法控制套接字數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收, 其中BeginRead、EndRead、BeginWrite、EndWrite 能夠?qū)崿F(xiàn)異步操作，而且異步線程是來自于CLR線程池的I/O線程。
public override int ReadByte ()
public override int Read (byte[] buffer,int offset, int size)
public override void WriteByte (byte value)
public override void Write (byte[] buffer,int offset, int size)
public override IAsyncResult BeginRead (byte [] buffer, int offset, int size, AsyncCallback callback, Object state )
public override int EndRead(IAsyncResult result)
public override IAsyncResult BeginWrite (byte [] buffer, int offset, int size, AsyncCallback callback, Object state )
public override void EndWrite(IAsyncResult result)
若要創(chuàng)建 NetworkStream，必須提供已連接的 Socket。而在.NET中使用TCP/IP套接字不需要直接與Socket打交道，因為.NET把Socket的大部分操作都放在System.Net.TcpListener和System.Net.Sockets.TcpClient里面，這兩個類大大地簡化了Socket的操作。一般套接字對象Socket包含一個Accept（）方法，此方法能產(chǎn)生阻塞來等待客戶端的請求，而在TcpListener類里也包含了一個相似的方法 public TcpClient AcceptTcpClient（）用于等待客戶端的請求。此方法將會返回一個TcpClient 對象，通過 TcpClient 的 public NetworkStream GetStream（）方法就能獲取NetworkStream對象，控制套接字數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。
下面以一個例子說明異步調(diào)用TCP/IP套接字收發(fā)數(shù)據(jù)的過程。
首先在服務(wù)器端建立默認地址127.0.0.1用于收發(fā)信息，使用此地址與端口500新建TcpListener對象，調(diào)用TcpListener.Start 偵聽傳入的連接請求，再使用一個死循環(huán)來監(jiān)聽信息。
在ChatClient類包括有接收信息與發(fā)送信息兩個功能：當(dāng)接收到客戶端請求時，它會利用 NetworkStream.BeginRead 讀取客戶端信息，并在回調(diào)函數(shù)ReceiveAsyncCallback中輸出信息內(nèi)容，若接收到的信息的大小小于1時，它將會拋出一個異常。當(dāng)信息成功接收后，再使用 NetworkStream.BeginWrite 方法回饋信息到客戶端
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //設(shè)置CLR線程池最大線程數(shù)
6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
7
8 //默認地址為127.0.0.1
9 IPAddress ipAddress = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
10 TcpListener tcpListener = new TcpListener(ipAddress, 500);
11 tcpListener.Start();
12
13 //以一個死循環(huán)來實現(xiàn)監(jiān)聽
14 while (true)
15 { //調(diào)用一個ChatClient對象來實現(xiàn)監(jiān)聽
16 ChatClient chatClient = new ChatClient(tcpListener.AcceptTcpClient());
17 }
18 }
19 }
20
21 public class ChatClient
22 {
23 static TcpClient tcpClient;
24 static byte[] byteMessage;
25 static string clientEndPoint;
26
27 public ChatClient(TcpClient tcpClient1)
28 {
29 tcpClient = tcpClient1;
30 byteMessage = new byte[tcpClient.ReceiveBufferSize];
31
32 //顯示客戶端信息
33 clientEndPoint = tcpClient.Client.RemoteEndPoint.ToString();
34 Console.WriteLine("Client's endpoint is " + clientEndPoint);
35
36 //使用NetworkStream.BeginRead異步讀取信息
37 NetworkStream networkStream = tcpClient.GetStream();
38 networkStream.BeginRead(byteMessage, 0, tcpClient.ReceiveBufferSize,
39 new AsyncCallback(ReceiveAsyncCallback), null);
40 }
41
42 public void ReceiveAsyncCallback(IAsyncResult iAsyncResult)
43 {
44 //顯示CLR線程池狀態(tài)
45 Thread.Sleep(100);
46 ThreadPoolMessage("\nMessage is receiving");
47
48 //使用NetworkStream.EndRead結(jié)束異步讀取
49 NetworkStream networkStreamRead = tcpClient.GetStream();
50 int length=networkStreamRead.EndRead(iAsyncResult);
51
52 //如果接收到的數(shù)據(jù)長度少于1則拋出異常
53 if (length < 1)
54 {
55 tcpClient.GetStream().Close();
56 throw new Exception("Disconnection!");
57 }
58
59 //顯示接收信息
60 string message = Encoding.UTF8.GetString(byteMessage, 0, length);
61 Console.WriteLine("Message:" + message);
62
63 //使用NetworkStream.BeginWrite異步發(fā)送信息
64 byte[] sendMessage = Encoding.UTF8.GetBytes("Message is received!");
65 NetworkStream networkStreamWrite=tcpClient.GetStream();
66 networkStreamWrite.BeginWrite(sendMessage, 0, sendMessage.Length,
67 new AsyncCallback(SendAsyncCallback), null);
68 }
69
70 //把信息轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)，然后發(fā)送到客戶端
71 public void SendAsyncCallback(IAsyncResult iAsyncResult)
72 {
73 //顯示CLR線程池狀態(tài)
74 Thread.Sleep(100);
75 ThreadPoolMessage("\nMessage is sending");
76
77 //使用NetworkStream.EndWrite結(jié)束異步發(fā)送
78 tcpClient.GetStream().EndWrite(iAsyncResult);
79
80 //重新監(jiān)聽
81 tcpClient.GetStream().BeginRead(byteMessage, 0, tcpClient.ReceiveBufferSize,
82 new AsyncCallback(ReceiveAsyncCallback), null);
83 }
84
85 //顯示線程池現(xiàn)狀
86 static void ThreadPoolMessage(string data)
87 {
88 int a, b;
89 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
90 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n " +
91 "WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}\n",
92 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
93
94 Console.WriteLine(message);
95 }
96 }
而在客戶端只是使用簡單的開發(fā)方式，利用TcpClient連接到服務(wù)器端，然后調(diào)用NetworkStream.Write方法發(fā)送信息，最后調(diào)用NetworkStream.Read方法讀取回饋信息
1 static void Main(string[] args)
2 {
3 //連接服務(wù)端
4 TcpClient tcpClient = new TcpClient("127.0.0.1", 500);
5
6 //發(fā)送信息
7 NetworkStream networkStream = tcpClient.GetStream();
8 byte[] sendMessage = Encoding.UTF8.GetBytes("Client request connection!");
9 networkStream.Write(sendMessage, 0, sendMessage.Length);
10 networkStream.Flush();
11
12 //接收信息
13 byte[] receiveMessage=new byte[1024];
14 int count=networkStream.Read(receiveMessage, 0,1024);
15 Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(receiveMessage));
16 Console.ReadKey();
17 }
注意觀察運行結(jié)果，服務(wù)器端的異步操作線程都是來自于CLR線程池的I/O線程
5.3 異步WebRequest
System.Net.WebRequest 是 .NET 為實現(xiàn)訪問 Internet 的 “請求/響應(yīng)模型” 而開發(fā)的一個 abstract 基類， 它主要有三個子類：FtpWebRequest、HttpWebRequest、FileWebRequest。當(dāng)使用WebRequest.Create（string uri）創(chuàng)建對象時，應(yīng)用程序就可以根據(jù)請求協(xié)議判斷實現(xiàn)類來進行操作。FileWebRequest、FtpWebRequest、HttpWebRequest 各有其作用：FileWebRequest 使用 “file://路徑” 的URI方式實現(xiàn)對本地資源和內(nèi)部文件的請求/響應(yīng)、FtpWebRequest 使用FTP文件傳輸協(xié)議實現(xiàn)文件請求/響應(yīng)、HttpWebRequest 用于處理HTTP的頁面請求/響應(yīng)。由于使用方法相類似，下面就以常用的HttpWebRequest為例子介紹一下異步WebRequest的使用方法。
在使用ASP.NET開發(fā)網(wǎng)站的時候，往往會忽略了HttpWebRequest的使用，因為開發(fā)都假設(shè)客戶端是使用瀏覽器等工具去閱讀頁面的。但如果你對REST開發(fā)方式有所了解，那對 HttpWebRequest 就應(yīng)該非常熟悉。它可以在路徑參數(shù)、頭文件、頁面主體、Cookie 等多處地方加入請求條件，然后對回復(fù)數(shù)據(jù)進行適當(dāng)處理。HttpWebRequest 包含有以下幾個常用方法用于處理請求/響應(yīng)：
public override Stream GetRequestStream ()
public override WebResponse GetResponse ()
public override IAsyncResult BeginGetRequestStream ( AsyncCallback callback, Object state )
public override Stream EndGetRequestStream ( IAsyncResult asyncResult )
public override IAsyncResult BeginGetResponse ( AsyncCallback callback, Object state )
public override WebResponse EndGetResponse ( IAsyncResult asyncResult )
其中BeginGetRequestStream、EndGetRequestStream 用于異步向HttpWebRequest對象寫入請求信息; BeginGetResponse、EndGetResponse 用于異步發(fā)送頁面請求并獲取返回信息。使用異步方式操作Internet的“請求/響應(yīng)”，避免主線程長期處于等待狀態(tài)，而操作期間異步線程是來自CLR線程池的I/O線程。
下面以簡單的例子介紹一下異步請求的用法。
首先為Person類加上可序列化特性，在服務(wù)器端建立Hanlder.ashx，通過Request.InputStream 獲取到請求數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為String對象，此實例中數(shù)據(jù)是以 “Id：1” 的形式實現(xiàn)傳送的。然后根據(jù)Id查找對應(yīng)的Person對象，并把Person對象寫入Response.OutStream 中返還到客戶端。
在客戶端先把 HttpWebRequird.Method 設(shè)置為 "post"，使用異步方式通過BeginGetRequireStream獲取請求數(shù)據(jù)流，然后寫入請求數(shù)據(jù) “Id:1”。再使用異步方法BeginGetResponse 獲取回復(fù)數(shù)據(jù)，最后把數(shù)據(jù)反序列化為Person對象顯示出來。
注意：HttpWebRequire.Method默認為get，在寫入請求前必須把HttpWebRequire.Method設(shè)置為post,否則在使用BeginGetRequireStream 獲取請求數(shù)據(jù)流的時候，系統(tǒng)就會發(fā)出 “無法發(fā)送具有此謂詞類型的內(nèi)容正文" 的異常。
Model
1 namespace Model
2 {
3 [Serializable]
4 public class Person
5 {
6 public int ID
7 {
8 get;
9 set;
10 }
11 public string Name
12 {
13 get;
14 set;
15 }
16 public int Age
17 {
18 get;
19 set;
20 }
21 }
22 }
服務(wù)器端
1 public class Handler : IHttpHandler {
2
3 public void ProcessRequest(HttpContext context)
4 {
5 //把信息轉(zhuǎn)換為String，找出輸入條件Id
6 byte[] bytes=new byte[1024];
7 int length=context.Request.InputStream.Read(bytes,0,1024);
8 string condition = Encoding.Default.GetString(bytes);
9 int id = int.Parse(condition.Split(new string[] { ":" },
10 StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries)[1]);
11
12 //根據(jù)Id查找對應(yīng)Person對象
13 var person = GetPersonList().Where(x => x.ID == id).First();
14
15 //所Person格式化為二進制數(shù)據(jù)寫入OutputStream
16 BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
17 formatter.Serialize(context.Response.OutputStream, person);
18 }
19
20 //模擬源數(shù)據(jù)
21 private IList<Person> GetPersonList()
22 {
23 var personList = new List<Person>();
24
25 var person1 = new Person();
26 person1.ID = 1;
27 person1.Name = "Leslie";
28 person1.Age = 30;
29 personList.Add(person1);
30 ...........
31 return personList;
32 }
33
34 public bool IsReusable
35 {
36 get { return true;}
37 }
38 }
客戶端
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
6 Request();
7 Console.ReadKey();
8 }
9
10 static void Request()
11 {
12 ThreadPoolMessage("Start");
13 //使用WebRequest.Create方法建立HttpWebRequest對象
14 HttpWebRequest webRequest = (HttpWebRequest)WebRequest.Create(
15 "http://localhost:5700/Handler.ashx");
16 webRequest.Method = "post";
17
18 //對寫入數(shù)據(jù)的RequestStream對象進行異步請求
19 IAsyncResult result=webRequest.BeginGetRequestStream(
20 new AsyncCallback(EndGetRequestStream),webRequest);
21 }
22
23 static void EndGetRequestStream(IAsyncResult result)
24 {
25 ThreadPoolMessage("RequestStream Complete");
26 //獲取RequestStream
27 HttpWebRequest webRequest = (HttpWebRequest)result.AsyncState;
28 Stream stream=webRequest.EndGetRequestStream(result);
29
30 //寫入請求條件
31 byte[] condition = Encoding.Default.GetBytes("Id:1");
32 stream.Write(condition, 0, condition.Length);
33
34 //異步接收回傳信息
35 IAsyncResult responseResult = webRequest.BeginGetResponse(
36 new AsyncCallback(EndGetResponse), webRequest);
37 }
38
39 static void EndGetResponse(IAsyncResult result)
40 {
41 //顯出線程池現(xiàn)狀
42 ThreadPoolMessage("GetResponse Complete");
43
44 //結(jié)束異步請求，獲取結(jié)果
45 HttpWebRequest webRequest = (HttpWebRequest)result.AsyncState;
46 WebResponse webResponse = webRequest.EndGetResponse(result);
47
48 //把輸出結(jié)果轉(zhuǎn)化為Person對象
49 Stream stream = webResponse.GetResponseStream();
50 BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
51 var person=(Person)formatter.Deserialize(stream);
52 Console.WriteLine(string.Format("Person Id:{0} Name:{1} Age:{2}",
53 person.ID, person.Name, person.Age));
54 }
55
56 //顯示線程池現(xiàn)狀
57 static void ThreadPoolMessage(string data)
58 {
59 int a, b;
60 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
61 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n " +
62 "WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}\n",
63 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
64
65 Console.WriteLine(message);
66 }
67 }
從運行結(jié)果可以看到，BeginGetRequireStream、BeginGetResponse方法是使用CLR線程池的I/O線程。
5.4 異步調(diào)用WebService
相比TCP/IP套接字，在使用WebService的時候，服務(wù)器端需要更復(fù)雜的操作處理，使用時間往往會更長。為了避免客戶端長期處于等待狀態(tài)，在配置服務(wù)引用時選擇 “生成異步操作”，系統(tǒng)可以自動建立異步調(diào)用的方式。
以.NET 2.0以前，系統(tǒng)都是使用ASMX來設(shè)計WebService，而近年來WCF可說是火熱登場，下面就以WCF為例子簡單介紹一下異步調(diào)用WebService的例子。
由于系統(tǒng)可以自動生成異步方法，使用起來非常簡單，首先在服務(wù)器端建立服務(wù)ExampleService，里面包含方法Method。客戶端引用此服務(wù)時，選擇 “生成異步操作”。然后使用 BeginMethod 啟動異步方法， 在回調(diào)函數(shù)中調(diào)用EndMethod結(jié)束異步調(diào)用。
服務(wù)端
1 [ServiceContract]
2 public interface IExampleService
3 {
4 [OperationContract]
5 string Method(string name);
6 }
7
8 public class ExampleService : IExampleService
9 {
10 public string Method(string name)
11 {
12 return "Hello " + name;
13 }
14 }
15
16 class Program
17 {
18 static void Main(string[] args)
19 {
20 ServiceHost host = new ServiceHost(typeof(ExampleService));
21 host.Open();
22 Console.ReadKey();
23 host.Close();
24 }
25 }
26
27 <configuration>
28 <system.serviceModel>
29 <services>
30 <service name="Example.ExampleService">
31 <endpoint address="" binding="wsHttpBinding" contract="Example.IExampleService">
32 <identity>
33 <dns value="localhost" />
34 </identity>
35 </endpoint>
36 <endpoint address="mex" binding="mexHttpBinding" contract="IMetadataExchange" />
37 <host>
38 <baseAddresses>
39 <add baseAddress="http://localhost:7200/Example/ExampleService/" />
40 </baseAddresses>
41 </host>
42 </service>
43 </services>
44 </system.serviceModel>
45 </configuration>
客戶端
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //設(shè)置最大線程數(shù)
6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
7 ThreadPoolMessage("Start");
8
9 //建立服務(wù)對象，異步調(diào)用服務(wù)方法
10 ExampleServiceReference.ExampleServiceClient exampleService = new
11 ExampleServiceReference.ExampleServiceClient();
12 exampleService.BeginMethod("Leslie",new AsyncCallback(AsyncCallbackMethod),
13 exampleService);
14 Console.ReadKey();
15 }
16
17 static void AsyncCallbackMethod(IAsyncResult result)
18 {
19 Thread.Sleep(1000);
20 ThreadPoolMessage("Complete");
21 ExampleServiceReference.ExampleServiceClient example =
22 (ExampleServiceReference.ExampleServiceClient)result.AsyncState;
23 string data=example.EndMethod(result);
24 Console.WriteLine(data);
25 }
26
27 //顯示線程池現(xiàn)狀
28 static void ThreadPoolMessage(string data)
29 {
30 int a, b;
31 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
32 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n " +
33 "WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}\n",
34 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
35
36 Console.WriteLine(message);
37 }
38 }
39
40 <configuration>
41 <system.serviceModel>
42 <bindings>
43 <wsHttpBinding>
44 <binding name="WSHttpBinding_IExampleService" closeTimeout="00:01:00"
45 openTimeout="00:01:00" receiveTimeout="00:10:00" sendTimeout="00:01:00"
46 bypassProxyOnLocal="false" transactionFlow="false"
47 hostNameComparisonMode="StrongWildcard" maxBufferPoolSize="524288"
48 maxReceivedMessageSize="65536" messageEncoding="Text" textEncoding="utf-8"
49 useDefaultWebProxy="true" allowCookies="false">
50 <readerQuotas maxDepth="32" maxStringContentLength="8192" maxArrayLength="16384"
51 maxBytesPerRead="4096" maxNameTableCharCount="16384" />
52 <reliableSession ordered="true" inactivityTimeout="00:10:00" enabled="false" />
53 <security mode="Message">
54 <transport clientCredentialType="Windows" proxyCredentialType="None"
55 realm="" />
56 <message clientCredentialType="Windows" negotiateServiceCredential="true"
57 algorithmSuite="Default" />
58 </security>
59 </binding>
60 </wsHttpBinding>
61 </bindings>
62 <client>
63 <endpoint address="http://localhost:7200/Example/ExampleService/"
64 binding="wsHttpBinding" bindingConfiguration="WSHttpBinding_IExampleService"
65 contract="ExampleServiceReference.IExampleService"
66 name="WSHttpBinding_IExampleService">
67 <identity>
68 <dns value="localhost" />
69 </identity>
70 </endpoint>
71 </client>
72 </system.serviceModel>
73 </configuration>
注意觀察運行結(jié)果，異步調(diào)用服務(wù)時，回調(diào)函數(shù)都是運行于CLR線程池的I/O線程當(dāng)中。
六、異步 SqlCommand
從ADO.NET 2.0開始，SqlCommand就新增了幾個異步方法執(zhí)行SQL命令。相對于同步執(zhí)行方式，它使主線程不需要等待數(shù)據(jù)庫的返回結(jié)果，在使用復(fù)雜性查詢或批量插入時將有效提高主線程的效率。使用異步SqlCommand的時候，請注意把ConnectionString 的 Asynchronous Processing 設(shè)置為 true 。
注意：SqlCommand異步操作的特別之處在于線程并不依賴于CLR線程池，而是由Windows內(nèi)部提供，這比使用異步委托更有效率。但如果需要使用回調(diào)函數(shù)的時候，回調(diào)函數(shù)的線程依然是來自于CLR線程池的工作者線程。
SqlCommand有以下幾個方法支持異步操作：
public IAsyncResult BeginExecuteNonQuery (......)
public int EndExecuteNonQuery(IAsyncResult)
public IAsyncResult BeginExecuteReader(......)
public SqlDataReader EndExecuteReader(IAsyncResult)
public IAsyncResult BeginExecuteXmlReader (......)
public XmlReader EndExecuteXmlReader(IAsyncResult）
由于使用方式相似，此處就以 BeginExecuteNonQuery 為例子，介紹一下異步SqlCommand的使用。首先建立connectionString,注意把Asynchronous Processing設(shè)置為true來啟動異步命令，然后把SqlCommand.CommandText設(shè)置為 WAITFOR DELAY "0:0:3" 來虛擬數(shù)據(jù)庫操作。再通過BeginExecuteNonQuery啟動異步操作，利用輪詢方式監(jiān)測操作情況。最后在操作完成后使用EndExecuteNonQuery完成異步操作。
1 class Program
2 {
3 //把Asynchronous Processing設(shè)置為true
4 static string connectionString = "Data Source=LESLIE-PC;Initial Catalog=Business;“+
5 "Integrated Security=True;Asynchronous Processing=true";
6
7 static void Main(string[] args)
8 {
9 //把CLR線程池最大線程數(shù)設(shè)置為1000
10 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
11 ThreadPoolMessage("Start");
12
13 //使用WAITFOR DELAY命令來虛擬操作
14 SqlConnection connection = new SqlConnection(connectionString);
15 SqlCommand command = new SqlCommand("WAITFOR DELAY '0:0:3';", connection);
16 connection.Open();
17
18 //啟動異步SqlCommand操作，利用輪詢方式監(jiān)測操作
19 IAsyncResult result = command.BeginExecuteNonQuery();
20 ThreadPoolMessage("BeginRead");
21 while (!result.AsyncWaitHandle.WaitOne(500))
22 Console.WriteLine("Main thread do work........");
23
24 //結(jié)束異步SqlCommand
25 int count= command.EndExecuteNonQuery(result);
26 ThreadPoolMessage("\nCompleted");
27 Console.ReadKey();
28 }
29
30 //顯示線程池現(xiàn)狀
31 static void ThreadPoolMessage(string data)
32 {
33 int a, b;
34 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
35 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n "+
36 "WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}\n",
37 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
38 Console.WriteLine(message);
39 }
40 }
注意運行結(jié)果，SqlCommand的異步執(zhí)行線程并不屬于CLR線程池。
如果覺得使用輪詢方式過于麻煩，可以使用回調(diào)函數(shù)，但要注意當(dāng)調(diào)用回調(diào)函數(shù)時，線程是來自于CLR線程池的工作者線程。
1 class Program
2 {
3 //把Asynchronous Processing設(shè)置為true
4 static string connectionString = "Data Source=LESLIE-PC;Initial Catalog=Business;”+
5 “Integrated Security=True;Asynchronous Processing=true";
6 static void Main(string[] args)
7 {
8 //把CLR線程池最大線程數(shù)設(shè)置為1000
9 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
10 ThreadPoolMessage("Start");
11
12 //使用WAITFOR DELAY命令來虛擬操作
13 SqlConnection connection = new SqlConnection(connectionString);
14 SqlCommand command = new SqlCommand("WAITFOR DELAY '0:0:3';", connection);
15 connection.Open();
16
17 //啟動異步SqlCommand操作，并把SqlCommand對象傳遞到回調(diào)函數(shù)
18 IAsyncResult result = command.BeginExecuteNonQuery(
19 new AsyncCallback(AsyncCallbackMethod),command);
20 Console.ReadKey();
21 }
22
23 static void AsyncCallbackMethod(IAsyncResult result)
24 {
25 Thread.Sleep(200);
26 ThreadPoolMessage("AsyncCallback");
27 SqlCommand command = (SqlCommand)result.AsyncState;
28 int count=command.EndExecuteNonQuery(result);
29 command.Connection.Close();
30 }
31
32 //顯示線程池現(xiàn)狀
33 static void ThreadPoolMessage(string data)
34 {
35 int a, b;
36 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
37 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n "+
38 "WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}\n",
39 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
40
41 Console.WriteLine(message);
42 }
43 }
運行結(jié)果：
七、并行編程與PLINQ
要使用多線程開發(fā)，必須非常熟悉Thread的使用，而且在開發(fā)過程中可能會面對很多未知的問題。為了簡化開發(fā)，.NET 4.0 特別提供一個并行編程庫System.Threading.Tasks，它可以簡化并行開發(fā)，你無需直接跟線程或線程池打交道，就可以簡單建立多線程應(yīng)用程序。此外，.NET還提供了新的一組擴展方法PLINQ，它具有自動分析查詢功能，如果并行查詢能提高系統(tǒng)效率，則同時運行，如果查詢未能從并行查詢中受益，則按原順序查詢。下面將詳細介紹并行操作的方式。
7.1 泛型委托
使用并行編程可以同時操作多個委托,在介紹并行編程前先簡單介紹一下兩個泛型委托System.Func<>與System.Action<>。
Func<>是一個能接受多個參數(shù)和一個返回值的泛型委托，它能接受0個到16個輸入?yún)?shù), 其中 T1,T2,T3,T4......T16 代表自定的輸入類型，TResult為自定義的返回值。
public delegate TResult Func<TResult>（）
public delegate TResult Func<T1，TResult>（T1 arg1）
public delegate TResult Func<T1，T2, TResult>（T1 arg1,T2 arg2）
public delegate TResult Func<T1，T2, T3, TResult>（T1 arg1,T2 arg2,T3 arg3）
public delegate TResult Func<T1，T2, T3, ,T4, TResult>（T1 arg1,T2 arg2,T3 arg3,T4 arg4）
..............
public delegate TResult Func<T1，T2, T3, ,T4, ...... ,T16,TResult>（T1 arg1,T2 arg2,T3 arg3,T4 arg4，...... ,T16 arg16）
Action<>與Func<>十分相似，不同在于Action<>的返回值為void，Action能接受0~16個參數(shù)
public delegate void Action<T1>（）
public delegate void Action<T1，T2>（T1 arg1,T2 arg2）
public delegate void Action<T1，T2, T3>（T1 arg1,T2 arg2, T3 arg3）
.............
public delegate void Action<T1，T2, T3, ,T4, ...... ,T16>（T1 arg1,T2 arg2,T3 arg3,T4 arg4，...... ,T16 arg16）
7.2 任務(wù)并行庫（TPL）
System.Threading.Tasks中的類被統(tǒng)稱為任務(wù)并行庫（Task Parallel Library，TPL），TPL使用CLR線程池把工作分配到CPU，并能自動處理工作分區(qū)、線程調(diào)度、取消支持、狀態(tài)管理以及其他低級別的細節(jié)操作，極大地簡化了多線程的開發(fā)。
TPL包括常用的數(shù)據(jù)并行與任務(wù)并行兩種執(zhí)行方式：
7.2.1 數(shù)據(jù)并行
數(shù)據(jù)并行的核心類就是System.Threading.Tasks.Parallel，它包含兩個靜態(tài)方法 Parallel.For 與 Parallel.ForEach, 使用方式與for、foreach相仿。通過這兩個方法可以并行處理System.Func<>、System.Action<>委托。
以下一個例子就是利用 public static ParallelLoopResult For( int from, int max, Action<int>) 方法對List<Person>進行并行查詢。
假設(shè)使用單線程方式查詢3個Person對象，需要用時大約6秒，在使用并行方式，只需使用2秒就能完成查詢，而且能夠避開Thread的繁瑣處理。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //設(shè)置最大線程數(shù)
6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
7 //并行查詢
8 Parallel.For(0, 3,n =>
9 {
10 Thread.Sleep(2000); //模擬查詢
11 ThreadPoolMessage(GetPersonList()[n]);
12 });
13 Console.ReadKey();
14 }
15
16 //模擬源數(shù)據(jù)
17 static IList<Person> GetPersonList()
18 {
19 var personList = new List<Person>();
20
21 var person1 = new Person();
22 person1.ID = 1;
23 person1.Name = "Leslie";
24 person1.Age = 30;
25 personList.Add(person1);
26 ...........
27 return personList;
28 }
29
30 //顯示線程池現(xiàn)狀
31 static void ThreadPoolMessage(Person person)
32 {
33 int a, b;
34 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
35 string message = string.Format("Person ID:{0} Name:{1} Age:{2}\n" +
36 " CurrentThreadId is {3}\n WorkerThreads is:{4}" +
37 " CompletionPortThreads is :{5}\n",
38 person.ID, person.Name, person.Age,
39 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
40
41 Console.WriteLine(message);
42 }
43 }
觀察運行結(jié)果，對象并非按照原排列順序進行查詢，而是使用并行方式查詢。
若想停止操作，可以利用ParallelLoopState參數(shù)，下面以ForEach作為例子。
public static ParallelLoopResult ForEach<TSource>( IEnumerable<TSource> source, Action<TSource, ParallelLoopState> action)
其中source為數(shù)據(jù)集，在Action<TSource,ParallelLoopState>委托的ParallelLoopState參數(shù)當(dāng)中包含有Break（）和 Stop（）兩個方法都可以使迭代停止。Break的使用跟傳統(tǒng)for里面的使用方式相似，但因為處于并行處理當(dāng)中，使用Break并不能保證所有運行能立即停止，在當(dāng)前迭代之前的迭代會繼續(xù)執(zhí)行。若想立即停止操作，可以使用Stop方法，它能保證立即終止所有的操作，無論它們是處于當(dāng)前迭代的之前還是之后。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //設(shè)置最大線程數(shù)
6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
7
8 //并行查詢
9 Parallel.ForEach(GetPersonList(), (person, state) =>
10 {
11 if (person.ID == 2)
12 state.Stop();
13 ThreadPoolMessage(person);
14 });
15 Console.ReadKey();
16 }
17
18 //模擬源數(shù)據(jù)
19 static IList<Person> GetPersonList()
20 {
21 var personList = new List<Person>();
22
23 var person1 = new Person();
24 person1.ID = 1;
25 person1.Name = "Leslie";
26 person1.Age = 30;
27 personList.Add(person1);
28 ..........
29 return personList;
30 }
31
32 //顯示線程池現(xiàn)狀
33 static void ThreadPoolMessage(Person person)
34 {
35 int a, b;
36 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
37 string message = string.Format("Person ID:{0} Name:{1} Age:{2}\n" +
38 " CurrentThreadId is {3}\n WorkerThreads is:{4}" +
39 " CompletionPortThreads is :{5}\n",
40 person.ID, person.Name, person.Age,
41 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
42
43 Console.WriteLine(message);
44 }
45 }
觀察運行結(jié)果，當(dāng)Person的ID等于2時，運行將會停止。
當(dāng)要在多個線程中調(diào)用本地變量，可以使用以下方法：
public static ParallelLoopResult ForEach<TSource, TLocal>(IEnumerable<Of TSource>, Func<Of TLocal>, Func<Of TSource,ParallelLoopState,TLocal,TLocal>, Action<Of TLocal>)
其中第一個參數(shù)為數(shù)據(jù)集;
第二個參數(shù)是一個Func委托，用于在每個線程執(zhí)行前進行初始化;
第 三個參數(shù)是委托Func<Of T1,T2,T3,TResult>,它能對數(shù)據(jù)集的每個成員進行迭代，當(dāng)中T1是數(shù)據(jù)集的成員，T2是一個ParallelLoopState對 象，它可以控制迭代的狀態(tài)，T3是線程中的本地變量;
第四個參數(shù)是一個Action委托，用于對每個線程的最終狀態(tài)進行最終操作。
在以下例子中，使用ForEach計算多個Order的總體價格。在ForEach方法中，首先把參數(shù)初始化為0f，然后用把同一個Order的多個OrderItem價格進行累加，計算出Order的價格，最后把多個Order的價格進行累加，計算出多個Order的總體價格。
1 public class Order
2 {
3 public int ID;
4 public float Price;
5 }
6
7 public class OrderItem
8 {
9 public int ID;
10 public string Goods;
11 public int OrderID;
12 public float Price;
13 public int Count;
14 }
15
16 class Program
17 {
18 static void Main(string[] args)
19 {
20 //設(shè)置最大線程數(shù)
21 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
22 float totalPrice = 0f;
23 //并行查詢
24 var parallelResult = Parallel.ForEach(GetOrderList(),
25 () => 0f, //把參數(shù)初始值設(shè)為0
26 (order, state, orderPrice) =>
27 {
28 //計算單個Order的價格
29 orderPrice = GetOrderItem().Where(item => item.OrderID == order.ID)
30 .Sum(item => item.Price * item.Count);
31 order.Price = orderPrice;
32 ThreadPoolMessage(order);
33
34 return orderPrice;
35 },
36 (finallyPrice) =>
37 {
38 totalPrice += finallyPrice;//計算多個Order的總體價格
39 }
40 );
41
42 while (!parallelResult.IsCompleted)
43 Console.WriteLine("Doing Work!");
44
45 Console.WriteLine("Total Price is:" + totalPrice);
46 Console.ReadKey();
47 }
48 //虛擬數(shù)據(jù)
49 static IList<Order> GetOrderList()
50 {
51 IList<Order> orderList = new List<Order>();
52 Order order1 = new Order();
53 order1.ID = 1;
54 orderList.Add(order1);
55 ............
56 return orderList;
57 }
58 //虛擬數(shù)據(jù)
59 static IList<OrderItem> GetOrderItem()
60 {
61 IList<OrderItem> itemList = new List<OrderItem>();
62
63 OrderItem orderItem1 = new OrderItem();
64 orderItem1.ID = 1;
65 orderItem1.Goods = "iPhone 4S";
66 orderItem1.Price = 6700;
67 orderItem1.Count = 2;
68 orderItem1.OrderID = 1;
69 itemList.Add(orderItem1);
70 ...........
71 return itemList;
72 }
73
74 //顯示線程池現(xiàn)狀
75 static void ThreadPoolMessage(Order order)
76 {
77 int a, b;
78 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
79 string message = string.Format("OrderID:{0} OrderPrice:{1}\n" +
80 " CurrentThreadId is {2}\n WorkerThreads is:{3}" +
81 " CompletionPortThreads is:{4}\n",
82 order.ID, order.Price,
83 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
84
85 Console.WriteLine(message);
86 }
87 }
運行結(jié)果
7.2.2 任務(wù)并行
在TPL當(dāng)中還可以使用Parallel.Invoke方法觸發(fā)多個異步任務(wù),其中 actions 中可以包含多個方法或者委托，parallelOptions用于配置Parallel類的操作。
public static void Invoke(Action[] actions )
public static void Invoke(ParallelOptions parallelOptions, Action[] actions )
下面例子中利用了Parallet.Invoke并行查詢多個Person，actions當(dāng)中可以綁定方法、lambda表達式或者委托，注意綁定方法時必須是返回值為void的無參數(shù)方法。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 //設(shè)置最大線程數(shù)
6 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
7
8 //任務(wù)并行
9 Parallel.Invoke(option,
10 PersonMessage,
11 ()=>ThreadPoolMessage(GetPersonList()[1]),
12 delegate(){
13 ThreadPoolMessage(GetPersonList()[2]);
14 });
15 Console.ReadKey();
16 }
17
18 static void PersonMessage()
19 {
20 ThreadPoolMessage(GetPersonList()[0]);
21 }
22
23 //顯示線程池現(xiàn)狀
24 static void ThreadPoolMessage(Person person)
25 {
26 int a, b;
27 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
28 string message = string.Format("Person ID:{0} Name:{1} Age:{2}\n" +
29 " CurrentThreadId is {3}\n WorkerThreads is:{4}" +
30 " CompletionPortThreads is :{5}\n",
31 person.ID, person.Name, person.Age,
32 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
33
34 Console.WriteLine(message);
35 }
36
37 //模擬源數(shù)據(jù)
38 static IList<Person> GetPersonList()
39 {
40 var personList = new List<Person>();
41
42 var person1 = new Person();
43 person1.ID = 1;
44 person1.Name = "Leslie";
45 person1.Age = 30;
46 personList.Add(person1);
47 ..........
48 return personList;
49 }
50 }
運行結(jié)果
7.3 Task簡介
以Thread創(chuàng)建的線程被默認為前臺線程，當(dāng)然你可以把線程IsBackground屬性設(shè)置為true，但TPL為此提供了一個更簡單的類Task。
Task存在于System.Threading.Tasks命名空間當(dāng)中，它可以作為異步委托的簡單替代品。
通過Task的Factory屬性將返回TaskFactory類，以TaskFactory.StartNew（Action）方法可以創(chuàng)建一個新線程，所創(chuàng)建的線程默認為后臺線程。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
6 Task.Factory.StartNew(() => ThreadPoolMessage());
7 Console.ReadKey();
8 }
9
10 //顯示線程池現(xiàn)狀
11 static void ThreadPoolMessage()
12 {
13 int a, b;
14 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
15 string message = string.Format("CurrentThreadId is:{0}\n" +
16 "CurrentThread IsBackground:{1}\n" +
17 "WorkerThreads is:{2}\nCompletionPortThreads is:{3}\n",
18 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
19 Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
20 a.ToString(), b.ToString());
21 Console.WriteLine(message);
22 }
23 }
運行結(jié)果
若要取消處理，可以利用CancellationTakenSource對象，在TaskFactory中包含有方法
public Task StartNew( Action action, CancellationToken cancellationToken )
在方法中加入CancellationTakenSource對象的CancellationToken屬性，可以控制任務(wù)的運行，調(diào)用CancellationTakenSource.Cancel時任務(wù)就會自動停止。下面以圖片下載為例子介紹一下TaskFactory的使用。
服務(wù)器端頁面
1 <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
2 <head runat="server">
3 <title></title>
4 <script type="text/C#" runat="server">
5 private static List<string> url=new List<string>();
6
7 protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
8 {
9 if (!Page.IsPostBack)
10 {
11 url.Clear();
12 Application["Url"] = null;
13 }
14 }
15
16 protected void CheckBox_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
17 {
18 CheckBox checkBox = (CheckBox)sender;
19 if (checkBox.Checked)
20 url.Add(checkBox.Text);
21 else
22 url.Remove(checkBox.Text);
23 Application["Url"]= url;
24 }
25 </script>
26 </head>
27 <body>
28 <form id="form1" runat="server" >
29 <div align="left">
30 <div align="center" style="float: left;">
31 <asp:Image ID="Image1" runat="server" ImageUrl="~/Images/A.jpg" /><br />
32 <asp:CheckBox ID="CheckBox1" runat="server" AutoPostBack="True"
33 oncheckedchanged="CheckBox_CheckedChanged" Text="A.jpg" />
34 </div>
35 <div align="center" style="float: left">
36 <asp:Image ID="Image2" runat="server" ImageUrl="~/Images/B.jpg" /><br />
37 <asp:CheckBox ID="CheckBox2" runat="server" AutoPostBack="True"
38 oncheckedchanged="CheckBox_CheckedChanged" Text="B.jpg" />
39 </div>
40 <div align="center" style="float: left">
41 <asp:Image ID="Image3" runat="server" ImageUrl="~/Images/C.jpg" /><br />
42 <asp:CheckBox ID="CheckBox3" runat="server" AutoPostBack="True"
43 oncheckedchanged="CheckBox_CheckedChanged" Text="C.jpg" />
44 </div>
45 <div align="center" style="float: left">
46 <asp:Image ID="Image4" runat="server" ImageUrl="~/Images/D.jpg" /><br />
47 <asp:CheckBox ID="CheckBox4" runat="server" AutoPostBack="True"
48 oncheckedchanged="CheckBox_CheckedChanged" Text="D.jpg" />
49 </div>
50 <div align="center" style="float: left">
51 <asp:Image ID="Image5" runat="server" ImageUrl="~/Images/E.jpg" /><br />
52 <asp:CheckBox ID="CheckBox5" runat="server" AutoPostBack="True"
53 oncheckedchanged="CheckBox_CheckedChanged" Text="E.jpg" />
54 </div>
55 </div>
56 </form>
57 </body>
58 </html>
首先在服務(wù)器頁面中顯示多個*.jpg圖片，每個圖片都有對應(yīng)的CheckBox檢測其選擇情況。
所選擇圖片的路徑會記錄在Application["Url"]當(dāng)中傳遞到Handler.ashx當(dāng)中。
Handler.ashx 處理圖片的下載，它從 Application["Url"] 當(dāng)中獲取所選擇圖片的路徑，并把圖片轉(zhuǎn)化成byte[]二進制數(shù)據(jù)。
再把圖片的數(shù)量，每副圖片的二進制數(shù)據(jù)的長度記錄在OutputStream的頭部。
最后把圖片的二進制數(shù)據(jù)記入 OutputStream 一并輸出。
1 public class Handler : IHttpHandler
2 {
3 public void ProcessRequest(HttpContext context)
4 {
5 //獲取圖片名，把圖片數(shù)量寫OutputStream
6 List<String> urlList = (List<string>)context.Application["Url"];
7 context.Response.OutputStream.Write(BitConverter.GetBytes(urlList.Count), 0, 4);
8
9 //把圖片轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)
10 List<string> imageList = GetImages(urlList);
11
12 //把每副圖片長度寫入OutputStream
13 foreach (string image in imageList)
14 {
15 byte[] imageByte=Convert.FromBase64String(image);
16 context.Response.OutputStream.Write(BitConverter.GetBytes(imageByte.Length),0,4);
17 }
18
19 //把圖片寫入OutputStream
20 foreach (string image in imageList)
21 {
22 byte[] imageByte = Convert.FromBase64String(image);
23 context.Response.OutputStream.Write(imageByte,0,imageByte.Length);
24 }
25 }
26
27 //獲取多個圖片的二進制數(shù)據(jù)
28 private List<string> GetImages(List<string> urlList)
29 {
30 List<string> imageList = new List<string>();
31 foreach (string url in urlList)
32 imageList.Add(GetImage(url));
33 return imageList;
34 }
35
36 //獲取單副圖片的二進制數(shù)據(jù)
37 private string GetImage(string url)
38 {
39 string path = "E:/My Projects/Example/WebSite/Images/"+url;
40 FileStream stream = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read);
41 byte[] imgBytes = new byte[10240];
42 int imgLength = stream.Read(imgBytes, 0, 10240);
43 return Convert.ToBase64String(imgBytes,0,imgLength);
44 }
45
46 public bool IsReusable
47 {
48 get{ return false;}
49 }
50 }
客戶端
建立一個WinForm窗口，里面加入一個WebBrowser連接到服務(wù)器端的Default.aspx頁面。
當(dāng)按下Download按鍵時，系統(tǒng)就會利用TaskFactory.StartNew的方法建立異步線程，使用WebRequest方法向Handler.ashx發(fā)送請求。
接收到回傳流時，就會根據(jù)頭文件的內(nèi)容判斷圖片的數(shù)量與每副圖片的長度，把二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為*.jpg文件保存。
系統(tǒng)利用TaskFactory.StartNew(action,cancellationToken) 方式異步調(diào)用GetImages方法進行圖片下載。
當(dāng)用戶按下Cancel按鈕時，異步任務(wù)就會停止。值得注意的是，在圖片下載時調(diào)用了CancellationToken.ThrowIfCancellationRequested方法，目的在檢查并行任務(wù)的運行情況，在并行任務(wù)被停止時釋放出OperationCanceledException異常，確保用戶按下Cancel按鈕時，停止所有并行任務(wù)。
1 public partial class Form1 : Form
2 {
3 private CancellationTokenSource tokenSource = new CancellationTokenSource();
4
5 public Form1()
6 {
7 InitializeComponent();
8 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
9 }
10
11 private void downloadToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)
12 {
13 Task.Factory.StartNew(GetImages,tokenSource.Token);
14 }
15
16 private void cancelToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)
17 {
18 tokenSource.Cancel();
19 }
20
21 private void GetImages()
22 {
23 //發(fā)送請求，獲取輸出流
24 WebRequest webRequest = HttpWebRequest.Create("Http://localhost:5800/Handler.ashx");
25 Stream responseStream=webRequest.GetResponse().GetResponseStream();
26
27 byte[] responseByte = new byte[81960];
28 IAsyncResult result=responseStream.BeginRead(responseByte,0,81960,null,null);
29 int responseLength = responseStream.EndRead(result);
30
31 //獲取圖片數(shù)量
32 int imageCount = BitConverter.ToInt32(responseByte, 0);
33
34 //獲取每副圖片的長度
35 int[] lengths = new int[imageCount];
36 for (int n = 0; n < imageCount; n++)
37 {
38 int length = BitConverter.ToInt32(responseByte, (n + 1) * 4);
39 lengths[n] = length;
40 }
41 try
42 {
43 //保存圖片
44 for (int n = 0; n < imageCount; n++)
45 {
46 string path = string.Format("E:/My Projects/Example/Test/Images/pic{0}.jpg", n);
47 FileStream file = new FileStream(path, FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite);
48
49 //計算字節(jié)偏移量
50 int offset = (imageCount + 1) * 4;
51 for (int a = 0; a < n; a++)
52 offset += lengths[a];
53
54 file.Write(responseByte, offset, lengths[n]);
55 file.Flush();
56
57 //模擬操作
58 Thread.Sleep(1000);
59
60 //檢測CancellationToken變化
61 tokenSource.Token.ThrowIfCancellationRequested();
62 }
63 }
64 catch (OperationCanceledException ex)
65 {
66 MessageBox.Show("Download cancel!");
67 }
68 }
69 }
7.4 并行查詢（PLINQ）
并行 LINQ (PLINQ) 是 LINQ 模式的并行實現(xiàn)，主要區(qū)別在于 PLINQ 嘗試充分利用系統(tǒng)中的所有處理器。 它利用所有處理器的方法，把數(shù)據(jù)源分成片段，然后在多個處理器上對單獨工作線程上的每個片段并行執(zhí)行查詢， 在許多情況下，并行執(zhí)行意味著查詢運行速度顯著提高。但這并不說明所有PLINQ都會使用并行方式，當(dāng)系統(tǒng)測試要并行查詢會對系統(tǒng)性能造成損害時，那將自動化地使用同步執(zhí)行。
在System.Linq.ParallelEnumerable類中，包含了并行查詢的大部分方法。
|
方法成員 |
說明 |
|
AsParallel |
PLINQ 的入口點。 指定如果可能，應(yīng)并行化查詢的其余部分。 |
|
AsSequential(Of TSource) |
指定查詢的其余部分應(yīng)像非并行 LINQ 查詢一樣按順序運行。 |
|
AsOrdered |
指定 PLINQ 應(yīng)保留查詢的其余部分的源序列排序，直到例如通過使用 orderby（在 Visual Basic 中為 Order By）子句更改排序為止。 |
|
AsUnordered(Of TSource) |
指定查詢的其余部分的 PLINQ 不需要保留源序列的排序。 |
|
WithCancellation(Of TSource) |
指定 PLINQ 應(yīng)定期監(jiān)視請求取消時提供的取消標記和取消執(zhí)行的狀態(tài)。 |
|
WithDegreeOfParallelism(Of TSource) |
指定 PLINQ 應(yīng)當(dāng)用來并行化查詢的處理器的最大數(shù)目。 |
|
WithMergeOptions(Of TSource) |
提供有關(guān) PLINQ 應(yīng)當(dāng)如何（如果可能）將并行結(jié)果合并回到使用線程上的一個序列的提示。 |
|
WithExecutionMode(Of TSource) |
指定 PLINQ 應(yīng)當(dāng)如何并行化查詢（即使默認行為是按順序運行查詢）。 |
|
ForAll(Of TSource) |
多線程枚舉方法，與循環(huán)訪問查詢結(jié)果不同，它允許在不首先合并回到使用者線程的情況下并行處理結(jié)果。 |
|
Aggregate 重載 |
對于 PLINQ 唯一的重載，它啟用對線程本地分區(qū)的中間聚合以及一個用于合并所有分區(qū)結(jié)果的最終聚合函數(shù)。 |
7.4.1 AsParallel
通常想要實現(xiàn)并行查詢，只需向數(shù)據(jù)源添加 AsParallel 查詢操作即可。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 var personList=GetPersonList().AsParallel()
6 .Where(x=>x.Age>30);
7 Console.ReadKey();
8 }
9
10 //模擬源數(shù)據(jù)
11 static IList<Person> GetPersonList()
12 {
13 var personList = new List<Person>();
14
15 var person1 = new Person();
16 person1.ID = 1;
17 person1.Name = "Leslie";
18 person1.Age = 30;
19 personList.Add(person1);
20 ...........
21 return personList;
22 }
23 }
7.4.2 AsOrdered
若要使查詢結(jié)果必須保留源序列排序方式，可以使用AsOrdered方法。
AsOrdered依然使用并行方式，只是在查詢過程加入額外信息，在并行結(jié)束后把查詢結(jié)果再次進行排列。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 var personList=GetPersonList().AsParallel().AsOrdered()
6 .Where(x=>x.Age<30);
7 Console.ReadKey();
8 }
9
10 static IList<Person> GetPersonList()
11 {......}
12 }
7.4.3 WithDegreeOfParallelism
默認情況下，PLINQ 使用主機上的所有處理器，這些處理器的數(shù)量最多可達 64 個。
通過使用 WithDegreeOfParallelism(Of TSource) 方法，可以指示 PLINQ 使用不多于指定數(shù)量的處理器。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 var personList=GetPersonList().AsParallel().WithDegreeOfParallelism(2)
6 .Where(x=>x.Age<30);
7 Console.ReadKey();
8 }
9
10 static IList<Person> GetPersonList()
11 {.........}
12 }
7.4.4 ForAll
如果要對并行查詢結(jié)果進行操作，一般會在for或foreach中執(zhí)行，執(zhí)行枚舉操作時會使用同步方式。
有見及此，PLINQ中包含了ForAll方法，它可以使用并行方式對數(shù)據(jù)集進行操作。
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
6 GetPersonList().AsParallel().ForAll(person =>{
7 ThreadPoolMessage(person);
8 });
9 Console.ReadKey();
10 }
11
12 static IList<Person> GetPersonList()
13 {.......}
14
15 //顯示線程池現(xiàn)狀
16 static void ThreadPoolMessage(Person person)
17 {
18 int a, b;
19 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
20 string message = string.Format("Person ID:{0} Name:{1} Age:{2}\n" +
21 " CurrentThreadId is {3}\n WorkerThreads is:{4}" +
22 " CompletionPortThreads is :{5}\n",
23 person.ID, person.Name, person.Age,
24 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
25 Console.WriteLine(message);
26 }
27 }
運行結(jié)果
7.4.5 WithCancellation
如果需要停止查詢，可以使用 WithCancellation(Of TSource) 運算符并提供 CancellationToken 實例作為參數(shù)。
與第三節(jié)Task的例子相似，如果標記上的 IsCancellationRequested 屬性設(shè)置為 true，則 PLINQ 將會注意到它，并停止所有線程上的處理，然后引發(fā) OperationCanceledException。這可以保證并行查詢能夠立即停止。
1 class Program
2 {
3 static CancellationTokenSource tokenSource = new CancellationTokenSource();
4
5 static void Main(string[] args)
6 {
7 Task.Factory.StartNew(Cancel);
8 try
9 {
10 GetPersonList().AsParallel().WithCancellation(tokenSource.Token)
11 .ForAll(person =>
12 {
13 ThreadPoolMessage(person);
14 });
15 }
16 catch (OperationCanceledException ex)
17 { }
18 Console.ReadKey();
19 }
20
21 //在10~50毫秒內(nèi)發(fā)出停止信號
22 static void Cancel()
23 {
24 Random random = new Random();
25 Thread.Sleep(random.Next(10,50));
26 tokenSource.Cancel();
27 }
28
29 static IList<Person> GetPersonList()
30 {......}
31
32 //顯示線程池現(xiàn)狀
33 static void ThreadPoolMessage(Person person)
34 {
35 int a, b;
36 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
37 string message = string.Format("Person ID:{0} Name:{1} Age:{2}\n" +
38 " CurrentThreadId is {3}\n WorkerThreads is:{4}" +
39 " CompletionPortThreads is :{5}\n",
40 person.ID, person.Name, person.Age,
41 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
42 Console.WriteLine(message);
43 }
44 }
45
八、定時器與鎖
8.1定時器
若要長期定時進行一些工作，比如像郵箱更新，實時收聽信息等等，可以利用定時器Timer進行操作。
在System.Threading命名空間中存在Timer類與對應(yīng)的TimerCallback委托，它可以在后臺線程中執(zhí)行一些長期的定時操作，使主線程不受干擾。
Timer類中最常用的構(gòu)造函數(shù)為 public Timer( timerCallback , object , int , int )
timerCallback委托可以綁定執(zhí)行方法，執(zhí)行方法必須返回void，它可以是無參數(shù)方法，也可以帶一個object參數(shù)的方法。
第二個參數(shù)是為 timerCallback 委托輸入的參數(shù)對象。
第三個參數(shù)是開始執(zhí)行前等待的時間。
第四個參數(shù)是每次執(zhí)行之間的等待時間。
開發(fā)實例
1 class Program
2 {
3 static void Main(string[] args)
4 {
5 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
6
7 TimerCallback callback = new TimerCallback(ThreadPoolMessage);
8 Timer t = new Timer(callback,"Hello Jack! ", 0, 1000);
9 Console.ReadKey();
10 }
11
12 //顯示線程池現(xiàn)狀
13 static void ThreadPoolMessage(object data)
14 {
15 int a, b;
16 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
17 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is:{1}\n" +
18 " CurrentThread IsBackground:{2}\n" +
19 " WorkerThreads is:{3}\n CompletionPortThreads is:{4}\n",
20 data + "Time now is " + DateTime.Now.ToLongTimeString(),
21 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
22 Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
23 a.ToString(), b.ToString());
24 Console.WriteLine(message);
25 }
26 }
注意觀察運行結(jié)果，每次調(diào)用Timer綁定的方法時不一定是使用同一線程，但線程都會是來自工作者線程的后臺線程。
8.2 鎖
在使用多線程開發(fā)時，存在一定的共用數(shù)據(jù)，為了避免多線程同時操作同一數(shù)據(jù)，.NET提供了lock、Monitor、Interlocked等多個鎖定數(shù)據(jù)的方式。
8.2.1 lock
lock的使用比較簡單，如果需要鎖定某個對象時，可以直接使用lock(this)的方式。
1 private void Method()
2 {
3 lock(this)
4 {
5 //在此進行的操作能保證在同一時間內(nèi)只有一個線程對此對象操作
6 }
7 }
如果操作只鎖定某段代碼，可以事先建立一個object對象，并對此對象進行操作鎖定，這也是.net提倡的鎖定用法。
1 class Control
2 {
3 private object obj=new object();
4
5 public void Method()
6 {
7 lock(obj)
8 {.......}
9 }
10 }
8.2.2 Montior
Montior存在于System.Thread命名空間內(nèi)，相比lock，Montior使用更靈活。
它存在 Enter, Exit 兩個方法，它可以對對象進行鎖定與解鎖，比lock使用更靈活。
1 class Control
2 {
3 private object obj=new object();
4
5 public void Method()
6 {
7 Monitor.Enter(obj);
8 try
9 {......}
10 catch(Excetion ex)
11 {......}
12 finally
13 {
14 Monitor.Exit(obj);
15 }
16 }
17 }
18
使用try的方式，能確保程序不會因死鎖而釋放出異常！
而且在finally中釋放obj對象能夠確保無論是否出現(xiàn)死鎖狀態(tài)，系統(tǒng)都會釋放obj對象。
而且Monitor中還存在Wait方法可以讓線程等待一段時間，然后在完成時使用Pulse、PulseAll等方法通知等待線程。
8.2.3 Interlocked
Interlocked存在于System.Thread命名空間內(nèi)，它的操作比Monitor使用更簡單。
它存在CompareExchange、Decrement、Exchange、Increment等常用方法讓參數(shù)在安全的情況進行數(shù)據(jù)交換。
Increment、Decrement 可以使參數(shù)安全地加1或減1并返回遞增后的新值。
1 class Example
2 {
3 private int a=1;
4
5 public void AddOne()
6 {
7 int newA=Interlocked.Increment(ref a);
8 }
9 }
Exchange可以安全地變量賦值。
1 public void SetData()
2 {
3 Interlocked.Exchange(ref a,100);
4 }
CompareExchange使用特別方便，它相當(dāng)于if的用法，當(dāng)a等于1時，則把100賦值給a。
1 public void CompareAndExchange()
2 {
3 Interlocked.CompareExchange(ref a,100,1);
4 }
結(jié)束語
熟悉掌握多線程開發(fā)，對提高系統(tǒng)工作效率非常有幫助，尤其是回調(diào)方法與最近火熱的并行編程更應(yīng)該引起各位的重視。
在下用了較長的時間總結(jié)所用過的多線程開發(fā)方式，希望本篇文章能對各位的學(xué)習(xí)研究有所幫助，當(dāng)中有所錯漏的地方敬請點評。
對 .NET 開發(fā)有興趣的朋友歡迎加入QQ群：162338858 共同探討 ！
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posted on 2012-02-08 15:38 風(fēng)塵浪子 閱讀(52414) 評論(66) 收藏 舉報
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