Chapter11-"windows线程池"之异步调用函数

     利用线程池(thread pool)异步调用函数时，不需显式调用 CreateThread 函数，系统会为进程自动创建线程池(thread pool)。线程池的每个线程实际运行你事先定义好的回调函数。

     写到这里，也许大多人会想：怎么不直接调用众所周知的 CreateThread 函数去创建线程？这里就有必要讲一下线程池(thread pool)的机制了。

     线程池(thread pool)的线程在执行完后不是立即销毁的(CreateThread创建的线程执行完成以后就销毁了)，而是再次进入线程池(thread pool)，等待进程请求该线程的再次执行。线程池的这种机制使得在需要创建许多线程时，性能会得到较大改善。

     线程池利用内部算法能够很好地管理线程，如果线程池的线程有供大于求，它会自动销毁掉部分线程；如果线程供不应求，它会自动创建新线程。(这句话意译于《windows via C/C++》英文版Page340)

线程池的原理: （摘自网络）    
    来看一下线程池究竟是怎么一回事？其实线程池的原理很简单，类似于操作系统中的缓冲区的概念，它的流程如下：先启动若干数量的线程，并让这些线程都处于睡眠状态，当客户端有一个新请求时，就会唤醒线程池中的某一个睡眠线程，让它来处理客户端的这个请求，当处理完这个请求后，线程又处于睡眠状态。可能你也许会问：为什么要搞得这么麻烦，如果每当客户端有新的请求时，我就创建一个新的线程不就完了？这也许是个不错的方法，因为它能使得你编写代码相对容易一些，但你却忽略了一个重要的问题??性能！就拿我所在的单位来说，我的单位是一个省级数据大集中的银行网络中心，高峰期每秒的客户端请求并发数超过100，如果为每个客户端请求创建一个新线程的话，那耗费的CPU时间和内存将是惊人的，如果采用一个拥有200个线程的线程池，那将会节约大量的的系统资源，使得更多的CPU时间和内存用来处理实际的商业应用，而不是频繁的线程创建与销毁。

     线程池异步调用回调函数五步

1. 自定义线程回调函数，注意回调函数（WorkCallback）的函数原型如下：
   

   VOID CALLBACK WorkCallback(
     _Inout_      PTP_CALLBACK_INSTANCE Instance,
     _Inout_opt_  PVOID Context,
     _Inout_      PTP_WORK Work
   );

2. 调用 CreateThreadpoolWork 函数创建对应的工作项(PTP_WORK)

   PTP_WORK WINAPI CreateThreadpoolWork(
     _In_         PTP_WORK_CALLBACK pfnwk,  //上面的WorkCallback函数的地址
     _Inout_opt_  PVOID pv,  //传递给WorkCallback函数的参数值，对应WorkCallback参数中的Context参数
     _In_opt_     PTP_CALLBACK_ENVIRON pcbe //WorkCallback运行的环境，如果为空，则表示是默认环境。
   );
   

3. 调用 SubmitThreadpoolWork 函数 激活由 CreateThreadpoolWork 函数创建的 PTP_WORK

   VOID WINAPI SubmitThreadpoolWork(
     _Inout_  PTP_WORK pwk  //工作项(PTP_WORK)
   );
   

4. 调用 WaitForThreadpoolWorkCallbacks 函数，等待线程返回。
5. 最后执行完任务后，调用CloseThreadpoolWork函数关闭线程池，释放资源

     为了测试线程池相对于一般的 CreateThread 函数到底有何优势，用了下面的代码进行测试。在本机(CPU: I5; Momery: 4G)上测试，当频繁使用线程的情况下，线程池又快又好又稳定。

•      使用线程池，大概跑了9.24s，系统CPU使用率稳定在40%以内(系统还运行了其他程序)。
•      使用CreateThread，大概跑了11.5s，系统CPU使用率先是上升到78%，后再降至56%(测试环境同上)。

#include <windows.h>  
#include <tchar.h>  
#include <stdio.h>  
#include <time.h>


#define NUM_WORK_ITEM 64
#define NUM_LOOPS (1000)


volatile LONG g_nCurrentTask = 0;  


void NTAPI SimpleCallBack(PTP_CALLBACK_INSTANCE Instance, PVOID pvContext, PTP_WORK Work)  
{  
    LONG currentTask = InterlockedIncrement(&g_nCurrentTask);  


    printf("[%5d] thread #%2d starts.\n", GetCurrentThreadId(), currentTask);  


    printf("[%5d] thread #%2d ends.\n", GetCurrentThreadId(), currentTask);  


}  


DWORD WINAPI ThreadProc(
                        _In_  LPVOID lpParameter
                        )
{
    LONG currentTask = InterlockedIncrement(&g_nCurrentTask);  


    printf("[%5d] thread #%2d starts.\n", GetCurrentThreadId(), currentTask);  


    printf("[%5d] thread #%2d ends.\n", GetCurrentThreadId(), currentTask);  


    return 0;
}


void testInThreadpool()
{
    PTP_WORK workItem;  
    clock_t start, end;
    start = clock();


    workItem = CreateThreadpoolWork(SimpleCallBack, NULL, NULL);  


    for (int j = 0; j < NUM_LOOPS; j++)
    {
        for (int i = 0; i < NUM_WORK_ITEM; i++)  
        {  
            SubmitThreadpoolWork(workItem); 
        }  


        WaitForThreadpoolWorkCallbacks(workItem, FALSE);
    }


    CloseThreadpoolWork(workItem);  


    end = clock();
    printf("%15s function run time: %fs.\n"
        , __FUNCTION__
        , (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC);
}


void testInThreads()
{
    HANDLE hThread[NUM_WORK_ITEM];


    clock_t start, end;
    start = clock();
    for (int j = 0; j < NUM_LOOPS; j++)
    {
        for (int i = 0; i < NUM_WORK_ITEM; i++)
        {
            hThread[i] = CreateThread(NULL, NULL, ThreadProc, NULL, 0, NULL);
        }
        WaitForMultipleObjects(NUM_WORK_ITEM, hThread, TRUE, INFINITE);
        for (int i = 0; i < NUM_WORK_ITEM; i++)
        {
            CloseHandle(hThread[i]);
        }
    }


    end = clock();
    printf("%15s function run time: %fs.\n"
        , __FUNCTION__
        , (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC);
}


void main()  
{  
    //testInThreadpool();
    testInThreads();
    printf("done!\n");  
    getchar();     
}  

《windows核心编程》(笔记)系列文章是本人看《windows核心编程》时的一些学习笔记，有疏忽之处，欢迎各位网友指正。QQ邮箱：job.zhanghui@qq.com