C# 多线程的自动管理(线程池)

在多线程的程序中，经常会出现两种情况：
   1. 应用程序中线程把大部分的时间花费在等待状态，等待某个事件发生，然后给予响应。这一般使用 ThreadPool（线程池）来解决。 
   2. 线程平时都处于休眠状态，只是周期性地被唤醒。这一般使用 Timer（定时器）来解决。

ThreadPool 类提供一个由系统维护的线程池（可以看作一个线程的容器），该容器需要 Windows 2000 以上系统支持，因为其中某些方法调用了只有高版本的Windows 才有的 API 函数。

将线程安放在线程池里，需使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem() 方法，该方法的原型如下：
    // 将一个线程放进线程池，该线程的 Start() 方法将调用 WaitCallback 代理对象代表的函数
    public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback);
    // 重载的方法如下，参数 object 将传递给 WaitCallback 所代表的方法
    public static bool QueueUserWorkItem(WaitCallback, object);
注意：
    ThreadPool 类是一个静态类，你不能也不必要生成它的对象。而且一旦使用该方法在线程池中添加了一个项目，那么该项目将是无法取消的。这里你无需自己建立线程，只需把你要做的工作写成函数，然后作为参数传递给ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法就行了，传递的方法就是依靠 WaitCallback 代理对象，而线程的建立、管理、运行等工作都是由系统自动完成的，你无须考虑那些复杂的细节问题。

ThreadPool 的用法：
    首先程序创建了一个 ManualResetEvent 对象，该对象就像一个信号灯，可以利用它的信号来通知其它线程。本例中，当线程池中所有线程工作都完成以后，ManualResetEvent 对象将被设置为有信号，从而通知主线程继续运行。
ManualResetEvent 对象有几个重要的方法：
    初始化该对象时，用户可以指定其默认的状态（有信号/无信号）；
    在初始化以后，该对象将保持原来的状态不变，直到它的 Reset() 或者 Set() 方法被调用：
    Reset()：
        将其设置为无信号状态；
    Set()：
        将其设置为有信号状态。
    WaitOne()：
        使当前线程挂起，直到 ManualResetEvent 对象处于有信号状态，此时该线程将被激活。然后，程序将向线程池中添加工作项，这些以函数形式提供的工作项被系统用来初始化自动建立的线程。当所有的线程都运行完了以后，ManualResetEvent.Set() 方法被调用，因为调用了 ManualResetEvent.WaitOne() 方法而处在等待状态的主线程将接收到这个信号，于是它接着往下执行，完成后边的工作。

using System;
using System.Collections;
using System.Threading;

namespace ThreadExample
{
    /// <summary>
    /// 这是用来保存信息的数据结构，将作为参数被传递
    /// </summary>
    public class SomeState
    {
        public int Cookie;
        public SomeState(int iCookie)
        {
            Cookie = iCookie;
        }
    }

    public class Alpha
    {
        public Hashtable HashCount;
        public ManualResetEvent eventX;
        public static int iCount = 0;
        public static int iMaxCount = 0;
        public Alpha(int MaxCount)
        {
            HashCount = new Hashtable(MaxCount);
            iMaxCount = MaxCount;
        }

        /// <summary>
        /// 线程池里的线程将调用 Beta()方法
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        public void Beta(Object state)
        {
            // 输出当前线程的 hash 编码值和 Cookie 的值
            Console.WriteLine(" {0} {1} :", Thread.CurrentThread.GetHashCode(), ((SomeState)state).Cookie);
            Console.WriteLine("HashCount.Count=={0}, Thread.CurrentThread.GetHash Code()=={1}", HashCount.Count,
                Thread.CurrentThread.GetHashCode());
            lock (HashCount)
            {
                // 如果当前的 Hash 表中没有当前线程的 Hash 值，则添加之
                if (!HashCount.ContainsKey(Thread.CurrentThread.GetHashCode()))
                    HashCount.Add(Thread.CurrentThread.GetHashCode(), 0);
                HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()] = ((int)HashCount[Thread.CurrentThread.GetHashCode()]) + 1;
            }

            Thread.Sleep(2000);
            // Interlocked.Increment() 操作是一个原子操作，具体请看下面说明
            Interlocked.Increment(ref iCount);
            if (iCount == iMaxCount)
            {
                Console.WriteLine();
                Console.WriteLine("Setting eventX ");
                eventX.Set();
            }
        }
    }

    public class SimplePool
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Thread Pool Sample:");

            bool W2K = false;

            // 允许线程池中运行最多 10 个线程
            int MaxCount = 10;

            // 新建 ManualResetEvent 对象并且初始化为无信号状态
            ManualResetEvent eventX = new ManualResetEvent(false);

            Console.WriteLine("Queuing {0} items to Thread Pool", MaxCount);

            // 注意初始化 oAlpha 对象的 eventX 属性
            Alpha oAlpha = new Alpha(MaxCount);
            oAlpha.eventX = eventX;
            Console.WriteLine("Queue to Thread Pool 0");
            try
            {
                // 将工作项装入线程池
                // 这里要用到 Windows 2000 以上版本才有的 API，所以可能出现 NotSupp ortException 异常
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta), new SomeState(0));
                W2K = true;
            }
            catch (NotSupportedException)
            {
                Console.WriteLine("These API's may fail when called on a non-Wind ows 2000 system.");
                W2K = false;
            }
            if (W2K) // 如果当前系统支持 ThreadPool 的方法.
            {
                for (int iItem = 1; iItem < MaxCount; iItem++)
                {
                    // 插入队列元素
                    Console.WriteLine("Queue to Thread Pool {0}", iItem);
                    ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(oAlpha.Beta), new SomeState(iItem));
                }
                Console.WriteLine("Waiting for Thread Pool to drain");

                // 等待事件的完成，即线程调用 ManualResetEvent.Set() 方法
                eventX.WaitOne(Timeout.Infinite, true);

                // WaitOne() 方法使调用它的线程等待直到 eventX.Set() 方法被调用
                Console.WriteLine("Thread Pool has been drained (Event fired)");
                Console.WriteLine();
                Console.WriteLine("Load across threads");
                foreach (object o in oAlpha.HashCount.Keys)
                {
                    Console.WriteLine("{0} {1}", o, oAlpha.HashCount[o]);
                }
            }
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

    程序中应该引起注意的地方：
    SomeState 类是一个保存信息的数据结构，它作为参数被传递给每一个线程，因为你需要把一些有用的信息封装起来提供给线程，而这种方式是非常有效的。
    程序出现的 InterLocked 类也是专为多线程程序而存在的，它提供了一些有用的原子操作。原子操作：就是在多线程程序中，如果这个线程调用这个操作修改一个变量，那么其他线程就不能修改这个变量了，这跟 lock 关键字在本质上是一样的。