C#线程学习笔记三：线程池中的I/O线程

    本笔记摘抄自：https://www.cnblogs.com/zhili/archive/2012/07/20/MultiThreads.html，记录一下学习过程以备后续查用。

    一、I/O线程实现对文件的异步

    1.1 I/O线程介绍：

    对于线程所执行的任务来说，可以把线程分为两种类型：工作者线程和I/O线程。

    工作者线程用来完成一些计算的任务，在任务执行的过程中，需要CPU不间断地处理，所以，在工作者线程的执行过程中，CPU和线程的资源是充分利用的。

    I/O线程主要用来完成输入和输出的工作，在这种情况下， 计算机需要I/O设备完成输入和输出的任务。在处理过程中，CPU是不需要参与处理过程的，此时正在运行的线程

将处于等待状态，只有等任务完成后才会有事可做， 这样就造成线程资源浪费的问题。为了解决这样的问题，可以通过线程池来解决这样的问题，让线程池来管理线程。

    对于I/O线程，我们可以将输入输出操作分成三个步骤：启动、实际输入输出、处理结果。用于实际输入输出可由硬件完成，并不需要CPU的参与，而启动和处理结果也可以

不在同一个线程上，这样就可以充分利用线程资源。在.Net中通过以Begin开头的方法来完成启动，以End开头的方法来处理结果，这两个方法可以运行在不同的线程，这样我们

就实现了异步编程了。

    1.2 .Net中如何使用异步

    注意：

    其实当我们调用Begin开头的方法，就是将一个I/O线程排入到线程池中（由.Net机制帮我们实现）。

    注：工作者线程由线程池管理，直接调用ThreadPool.QueueUserWorkItem方法来将工作者线程排入到线程池中。

    在.NET Framework中的FCL中有许多类型能够对异步操作提供支持，其中在FileStream类中就提供了对文件的异步操作的方法。

    FileStream类要调用I/O线程要实现异步操作，首先要建立一个FileStream对象，然后通过下面的构造函数来初始化FileStream对象实现异步操作(异步读取和异步写入)：

    public FileStream (string path, FileMode mode, FileAccess access, FileShare share,int bufferSize,bool useAsync)

    其中path代表文件的相对路径或绝对路径，mode代表如何打开或创建文件，access代表访问文件的方式，share代表文件如何由进程共享，buffersize代表缓冲区的大小，

useAsync代表使用异步I/O还是同步I/O，设置为true时，表示使用异步I/O。

    下面代码演示异步写入文件：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region I/O线程：异步写入文件
            const int maxSize = 100000;
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main thread start.");

            //初始化FileStream对象
            FileStream fileStream = new FileStream("Test.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, 100, true);

            //打印文件流打开的方式
            Console.WriteLine("Filestream is {0}opened with asynchronously.", fileStream.IsAsync ? "" : "not ");

            byte[] writeBytes = new byte[maxSize];
            string writeMessage = "An operation use asynchronous method to write message......";
            writeBytes = Encoding.Unicode.GetBytes(writeMessage);
            Console.WriteLine("Message sizes is：{0} bytes.
", writeBytes.Length);
            //调用异步写入方法将信息写入到文件中
            fileStream.BeginWrite(writeBytes, 0, writeBytes.Length, new AsyncCallback(EndWriteCallback), fileStream);
            fileStream.Flush();
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 打印线程池信息
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        private static void PrintMessage(string data)
        {
            //获得线程池中可用的工作者线程数量及I/O线程数量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out int workThreadNumber, out int ioThreadNumber);

            Console.WriteLine("{0}
 CurrentThreadId is:{1}
 CurrentThread is background:{2}
 WorkerThreadNumber is:{3}
 IOThreadNumbers is:{4}
",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workThreadNumber.ToString(),
                ioThreadNumber.ToString());
        }

        /// <summary>
        /// 当数据写入文件完成后调用此方法来结束异步写操作
        /// </summary>
        /// <param name="asyncResult"></param>
        private static void EndWriteCallback(IAsyncResult asyncResult)
        {
            Thread.Sleep(500);
            PrintMessage("Asynchronous method start.");

            FileStream filestream = asyncResult.AsyncState as FileStream;

            //结束异步写入数据
            filestream.EndWrite(asyncResult);
            filestream.Close();
        }
    }

    运行结果如下：

    从运行结果可以看出，此时是调用线程池中的I/O线程去执行回调函数的，同时在项目的binDebug文件目录下生成了一个Test.txt文件。

    下面代码演示异步读取文件：

    class Program
    {
        //异步读取文件
        const int maxSize = 1024;
        private static readonly byte[] readBytes = new byte[maxSize];

        static void Main(string[] args)
        {
            #region I/O线程：异步读取文件
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main thread start.");

            // 初始化FileStream对象
            FileStream fileStream = new FileStream("Test.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, 100, false);

            // 异步读取文件内容
            fileStream.BeginRead(readBytes, 0, readBytes.Length, new AsyncCallback(EndReadCallback), fileStream);
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 打印线程池信息
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        private static void PrintMessage(string data)
        {
            //获得线程池中可用的工作者线程数量及I/O线程数量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out int workThreadNumber, out int ioThreadNumber);

            Console.WriteLine("{0}
 CurrentThreadId is:{1}
 CurrentThread is background:{2}
 WorkerThreadNumber is:{3}
 IOThreadNumbers is:{4}
",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workThreadNumber.ToString(),
                ioThreadNumber.ToString());
        }

        /// <summary>
        /// 当数据读取文件完成后调用此方法来结束异步写操作
        /// </summary>
        /// <param name="asyncResult"></param>
        private static void EndReadCallback(IAsyncResult asyncResult)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            PrintMessage("Asynchronous method start.");

            // 把AsyncResult.AsyncState转换为State对象
            FileStream readStream = (FileStream)asyncResult.AsyncState;
            int readLength = readStream.EndRead(asyncResult);
            if (readLength <= 0)
            {
                Console.WriteLine("Read error.");
                return;
            }

            string readMessage = Encoding.Unicode.GetString(readBytes, 0, readLength);
            Console.WriteLine("Read message is :" + readMessage);
            readStream.Close();
        }
    }

    运行结果如下：

    二、I/O线程实现对请求的异步

    我们同样可以利用I/O线程来模拟浏览器对服务器请求的异步操作，在.NET类库中的WebRequest类提供了异步请求的支持。

    下面代码演示异步请求：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region I/O线程：异步请求
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            PrintMessage("Main thread start.");

            // 发出一个异步Web请求
            WebRequest webrequest = WebRequest.Create("https://www.cnblogs.com/");
            webrequest.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, webrequest);

            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 打印线程池信息
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        private static void PrintMessage(string data)
        {
            //获得线程池中可用的工作者线程数量及I/O线程数量
            ThreadPool.GetAvailableThreads(out int workThreadNumber, out int ioThreadNumber);

            Console.WriteLine("{0}
 CurrentThreadId is:{1}
 CurrentThread is background:{2}
 WorkerThreadNumber is:{3}
 IOThreadNumbers is:{4}
",
                data,
                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                Thread.CurrentThread.IsBackground.ToString(),
                workThreadNumber.ToString(),
                ioThreadNumber.ToString());
        }

        /// <summary>
        /// Web请求回调函数
        /// </summary>
        /// <param name="result"></param>
        private static void ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
        {
            Thread.Sleep(500);
            PrintMessage("Asynchronous method start.");

            WebRequest webRequest = (WebRequest)result.AsyncState;
            using (WebResponse wr = webRequest.EndGetResponse(result))
            {
                Console.WriteLine("Content length is : " + wr.ContentLength);
            }
        }
    }

    运行结果如下：