关于C#线程，线程池和并行运算的简单使用和对比
转自：https://www.cnblogs.com/jeffwongishandsome/archive/2010/11/12/1876137.html
先大概看一下控制台应用程序的Main方法的主要代码：
static bool done = false; static decimal count2 = 0; static int threadDone = 0;//标志启用线程数? static System.Timers.Timer timer = new System.Timers.Timer(1000); static decimal[] threadPoolCounters = new decimal[10]; static Thread[] threads = new Thread[10]; static System.Timers.Timer[] threadTimers = new System.Timers.Timer[10]; static void Main(string[] args) { timer.Stop(); /*当 AutoReset 设置为 false 时，Timer 只在第一个 Interval 过后引发一次 Elapsed 事件。 若要保持以 Interval 时间间隔引发 Elapsed 事件，请将 AutoReset 设置为 true。*/ timer.AutoReset = false; timer.Elapsed += new ElapsedEventHandler(OnTimerEvent);//当timer.Start()时，触发事件 decimal total = 0; // raw test decimal count1 = SingleThreadTest();//单一线程，一跑到底 Console.WriteLine("Single thread count = " + count1.ToString()); // create one thread, increment counter, destroy thread, repeat Console.WriteLine(); CreateAndDestroyTest();//创建一个线程，运算，然后销毁该线程 重复前面的动作 Console.WriteLine("Create and destroy per count = " + count2.ToString()); // Create 10 threads and run them simultaneously //一次性创建10个线程，然后遍历使线程执行运算 Console.WriteLine(); InitThreadPoolCounters(); InitThreads(); StartThreads(); while (threadDone != 10) { }; Console.WriteLine("10 simultaneous threads:"); for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine("T" + i.ToString() + " = " + threadPoolCounters[i].ToString() + " "); total += threadPoolCounters[i]; } Console.WriteLine("Total = " + total.ToString()); Console.WriteLine(); Console.WriteLine("///////////////////////////////////////////////////"); // using ThreadPool //直接通过线程池的QueueUserWorkItem方法，按队列执行10个任务 Console.WriteLine(); Console.WriteLine("ThreadPool:"); InitThreadPoolCounters(); QueueThreadPoolThreads(); while (threadDone != 10) { }; Console.WriteLine("ThreadPool: 10 simultaneous threads:"); total = 0; for (int i = 0; i < 10; i++) { // threadTimers[i].Stop(); // threadTimers[i].Dispose(); Console.WriteLine("T" + i.ToString() + " = " + threadPoolCounters[i].ToString() + " "); total += threadPoolCounters[i]; } Console.WriteLine("Total = " + total.ToString()); // using SmartThreadPool //通过Amir Bar的SmartThreadPool线程池，利用QueueUserWorkItem方法，按队列执行10个任务 Console.WriteLine(); Console.WriteLine("SmartThreadPool:"); InitThreadPoolCounters(); QueueSmartThreadPoolThreads(); while (threadDone != 10) { }; Console.WriteLine("SmartThreadPool: 10 simultaneous threads:"); total = 0; for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine("T" + i.ToString() + " = " + threadPoolCounters[i].ToString() + " "); total += threadPoolCounters[i]; } Console.WriteLine("Total = " + total.ToString()); // using ManagedThreadPool //通过Stephen Toub改进后的线程池，利用QueueUserWorkItem方法，按队列执行10个任务 Console.WriteLine(); Console.WriteLine("ManagedThreadPool:"); InitThreadPoolCounters(); QueueManagedThreadPoolThreads(); while (threadDone != 10) { }; Console.WriteLine("ManagedThreadPool: 10 simultaneous threads:"); total = 0; for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine("T" + i.ToString() + " = " + threadPoolCounters[i].ToString() + " "); total += threadPoolCounters[i]; } Console.WriteLine("Total = " + total.ToString()); // using C#4.0 Parallel //通过Tasks.Parallel.For进行并行运算 Console.WriteLine(); Console.WriteLine("Parallel:"); InitThreadPoolCounters(); UseParallelTasks(); while (threadDone != 10) { }; Console.WriteLine("Parallel: 10 simultaneous threads:"); total = 0; for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine("T" + i.ToString() + " = " + threadPoolCounters[i].ToString() + " "); total += threadPoolCounters[i]; } Console.WriteLine("Total = " + total.ToString()); }
我们可以先熟悉一下大致思路。代码中，我们主要依靠输出的数字count或者total来判断哪个方法执行效率更高（原文是How Hign Can I Count?），通常输出的数字越大，我们就认为它”干的活越多“，效率越高。主要实现过程就是通过一个静态的System.Timers.Timer对象的timer实例，设置它的Interval属性和ElapsedEventHandler事件：
static System.Timers.Timer timer = new System.Timers.Timer(1000); /*当 AutoReset 设置为 false 时，Timer 只在第一个 Interval 过后引发一次 Elapsed 事件。 若要保持以 Interval 时间间隔引发 Elapsed 事件，请将 AutoReset 设置为 true。*/ timer.AutoReset = false; timer.Elapsed += new ElapsedEventHandler(OnTimerEvent);//当timer.Start()时，触发事件
其中，timer的事件触发的函数：
static void OnTimerEvent(object src, ElapsedEventArgs e) { done = true; }
每次timer.Start执行的时候，一次测试就将开始，这样可以确保测试的不同方法都在1000毫秒内跑完。
下面开始具体介绍几个方法：
A、线程
这个非常简单，就是通过主线程计算在1000毫秒内，count从0递增加到了多少：
/// <summary> /// 单一线程，一跑到底 /// </summary> /// <returns></returns> static decimal SingleThreadTest() { done = false; decimal counter = 0; timer.Start(); while (!done) { ++counter; } return counter; }
while判断可以保证方法在1000毫秒内执行完成。
B、多线程
这个多线程方法比较折腾，先创建线程，然后运行，最后销毁线程，这就是一个线程执行单元，重复10次这个线程执行单元。
/// <summary> /// 创建一个线程，运算，然后销毁该线程 重复前面的动作 /// </summary> static void CreateAndDestroyTest() { done = false; timer.Start(); while (!done) { Thread counterThread = new Thread(new ThreadStart(Count1Thread)); counterThread.IsBackground = true;//后台线程 counterThread.Start(); while (counterThread.IsAlive) { }; } }
那个ThreadStart委托对应的方法Count1Thread如下：
static void Count1Thread() { ++count2; //静态字段count2自增 }
从表面上看，大家估计都可以猜到，效果可能不佳。
C、还是多线程
这个方法不判断线程的执行状态，不用等到一个线程销毁后再创建一个线程，然后执行线程方法。线程执行的方法就是根据线程的Name找到一个指定数组的某一索引，并累加改变数组的值：
/// <summary> /// 将数组和线程数标志threadDone回到初始状态 /// </summary> static void InitThreadPoolCounters() { threadDone = 0; for (int i = 0; i < 10; i++) { threadPoolCounters[i] = 0; } } /// <summary> /// 初始化10个线程 /// </summary> static void InitThreads() { for (int i = 0; i < 10; i++) { threads[i] = new Thread(new ThreadStart(Count2Thread)); threads[i].IsBackground = true; threads[i].Name = i.ToString();//将当前线程的Name赋值为数组索引，在Count2Thread方法中获取对应数组 } } /// <summary> /// 开始多线程运算 /// </summary> static void StartThreads() { done = false; timer.Start(); for (int i = 0; i < 10; i++) { threads[i].Start(); } }
其中，每一个线程需要执行的委托方法
static void Count2Thread() { int n = Convert.ToInt32(Thread.CurrentThread.Name);//取数组索引 while (!done) { ++threadPoolCounters[n]; } Interlocked.Increment(ref threadDone);//以原子操作的形式保证threadDone递增 }
在测试过程中，我们看代码：
// Create 10 threads and run them simultaneously //一次性创建10个线程，然后遍历使线程执行运算 Console.WriteLine(); InitThreadPoolCounters(); InitThreads(); StartThreads(); while (threadDone != 10) { }; Console.WriteLine("10 simultaneous threads:"); for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine("T" + i.ToString() + " = " + threadPoolCounters[i].ToString() + " "); total += threadPoolCounters[i]; } Console.WriteLine("Total = " + total.ToString()); Console.WriteLine();
最后算出这个数组的所有元素的总和，就是这10个线程在1000毫秒内所做的事情。其中， while (threadDone != 10) { };这个判断非常重要。这个方法看上去没心没肺，线程创建好就不管它的死活了（还是管活不管死？），所以效率应该不低。
实际上，我在本地测试并看了一下输出，表面看来，按count大小逆序排列：C>A>B，这就说明多线程并不一定比单线程运行效率高。其实B之所以效率不佳，主要是由于这个方法大部分的”精力“花在线程的执行状态和销毁处理上。
注意，其实C和A、B都没有可比性，因为C计算的是数组的总和，而A和B只是简单的对一个数字进行自加。
ps：C这一块说的没有中心，想到哪写到哪，所以看起来写得很乱，如果看到这里您还觉着不知所云，建议先下载最后的demo，先看代码，再对照这篇文章。
好了，到这里，我们对线程的创建和使用应该有了初步的了解。细心的人可能会发现，我们new一个Thread，然后给线程实例设置属性，比如是否后台线程等等，其实这部分工作可以交给下面介绍的线程池ThreadPool来做（D、E和F主要介绍线程池）。
D、线程池ThreadPool
在实际的项目中大家可能使用最多最熟悉的就是这个类了，所以没什么可说的：
/// <summary> /// ThreadPool测试 /// </summary> static void QueueThreadPoolThreads() { done = false; for (int i = 0; i < 10; i++) { ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(Count3Thread), i); } timer.Start(); } static void Count3Thread(object state) { int n = (int)state; while (!done) { ++threadPoolCounters[n]; } Interlocked.Increment(ref threadDone); }
我们知道线程池里的线程默认都是后台线程，所以它实际上简化了线程的属性设置，更方便异步编程。
需要说明的是，线程池使用过程中会有这样那样的缺陷（虽然本文的几个线程池任务都不会受这种缺陷影响）。比如，我们一次性向线程池中加入100个任务，但是当前的系统可能只支持25个线程，并且每个线程正处于”忙碌“状态，如果一次性加入池中系统会处理不过来，那么多余的任务必须等待，这就造成等待的时间过长，系统无法响应。还好，ThreadPool提供了GetAvailableThreads方法，可以让你知道当前可用的工作线程数量。
static void QueueThreadPoolThreads() { done = false; for (int i = 0; i < 10; i++) { //ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(Count3Thread), i); //直接给程序池添加任务有时是很草率的 WaitCallback wcb = new WaitCallback(Count3Thread); int workerThreads, availabeThreads; ThreadPool.GetAvailableThreads(out workerThreads, out availabeThreads); if (workerThreads > 0)//可用线程数>0 { ThreadPool.QueueUserWorkItem(wcb, i); } else { //to do 可以采取一种策略，让这个任务合理地分配给线程 } }
如果没有可用的工作线程数，必须设计一定的策略，让这个任务合理地分配给线程。
也许就是类似于上面那样的限制，很多开发者都自己创建自己的线程池，同时也就有了后面的SmartThreadPool和ManagedThreadPool大展身手的机会。
E、线程池SmartThreadPool
大名鼎鼎的SmartThreadPool，但是我从来没在项目中使用过，所以只是找了一段简单的代码测试一下：
/// <summary> /// SmartThreadPool测试 /// </summary> static void QueueSmartThreadPoolThreads() { SmartThreadPool smartThreadPool = new SmartThreadPool(); // Create a work items group that processes // one work item at a time IWorkItemsGroup wig = smartThreadPool.CreateWorkItemsGroup(1); done = false; timer.Start(); for (int i = 0; i < 10; i++) { wig.QueueWorkItem(new WorkItemCallback(Count4Thread), i); } // Wait for the completion of all work items in the work items group wig.WaitForIdle(); smartThreadPool.Shutdown(); } static object Count4Thread(object state) { int n = (int)state; while (!done) { ++threadPoolCounters[n]; } Interlocked.Increment(ref threadDone); return null; }
自从收藏这个SmartThreadPool.dll后，我还从没有在项目中使用过。查看它的源码注释挺少也挺乱的，不知道有没有高人知道它的一个效率更好的方法。您也可以看看英文原文，自己尝试体验一下。如果您熟悉使用SmartThreadPool，欢迎讨论。
F、线程池ManagedThreadPool
Stephen Toub这个完全用C#托管代码实现的线程池也非常有名，在Marc Clifton的英文原文中，作者也不吝溢美之词，赞它“quite excellent”，用当前异军突起的一个词汇形容就是太给力了，于我心有戚戚焉：
/// <summary> /// ManagedThreadPool测试 /// </summary> static void QueueManagedThreadPoolThreads() { done = false; timer.Start(); for (int i = 0; i < 10; i++) { Toub.Threading.ManagedThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(Count5Thread), i); } } static void Count5Thread(object state) { int n = (int)state; while (!done) { ++threadPoolCounters[n]; } Interlocked.Increment(ref threadDone); }
对于这个托管的线程池，我个人的理解，就是它在管理线程的时候，这个池里还有一个缓存线程的池，即一个ArrayList对象。它一开始就初始化了一定数量的线程，并通过ProcessQueuedItems方法保证异步执行进入池中的队列任务（那个死循环有时可能导致CPU过分忙碌），这样在分配异步任务的时候，就省去了频繁去创建（new）一个线程。同时它在实现信号量（Semaphore）的同步和线程出入队列的设计上都可圈可点，非常巧妙，强烈推荐您阅读它的源码。
G、并行运算
下面的示例，我只使用了简单的System.Threading.Tasks.Parallel.For 对应的for 循环的并行运算：
/// <summary> /// 并行运算测试 /// </summary> static void UseParallelTasks() { done = false; timer.Start(); // System.Threading.Tasks.Parallel.For - for 循环的并行运算 System.Threading.Tasks.Parallel.For(0, 10, (i) => { Count6Thread(i); }); } static void Count6Thread(object state) { int n = (int)state; while (!done) { ++threadPoolCounters[n]; } Interlocked.Increment(ref threadDone); }
没有什么要特殊说明的，就是新类库的使用。看代码，好像比使用线程或线程池更加简单直接，有机会争取多用一用。我在本地测试的时候，在Release版本下，按照count的大小逆序排列，总体上G>D>F>E。需要注意到一件事，就是SmartThreadPool中排入队列的任务是一个返回值为Object的委托类型，这和其他的几个没有返回的（void类型）不同。SmartThreadPool口碑还是不错的，也许是我没有正确使用它。
最后小结一下：本文主要列举了C#中我所知道的几种常见的异步处理的方法，欢迎大家纠错或补充。
