【IT168技术文档】

    所转载自Jeff Zhao的博客

    在上一篇文章中，我们简单讨论了线程池的作用，以及CLR线程池的一些特性。不过关于线程池的基本概念还没有结束，这次我们再来补充一些必要的信息，有助于我们在程序中选择合适的使用方式。

　独立线程池

　上次我们讨论到，在一个.NET应用程序中会有一个CLR线程池，可以使用ThreadPool类中的静态方法来使用这个线程池。我们只要使用QueueUserWorkItem方法向线程池中添加任务，线程池就会负责在合适的时候执行它们。我们还讨论了CLR线程池的一些高级特性，例如对线程的最大和最小数量作限制，对线程创建时间作限制以避免突发的大量任务消耗太多资源等等。

　那么.NET提供的线程池又有什么缺点呢？有些朋友说，一个重要的缺点就是功能太简单，例如只有一个队列，没法做到对多个队列作轮询，无法取消任务，无法设定任务优先级，无法限制任务执行速度等等。不过其实这些简单的功能，倒都可以通过在CLR线程池上增加一层（或者说，通过封装CLR线程池）来实现。例如，您可以让放入CLR线程池中的任务，在执行时从几个自定义任务队列中挑选一个运行，这样便达到了对多个队列作轮询的效果。因此，在我看来，CLR线程池的主要缺点并不在此。

　我认为，CLR线程池的主要问题在于“大一统”，也就是说，整个进程内部几乎所有的任务都会依赖这个线程池。如前篇文章所说的那样，如Timer和WaitForSingleObject，还有委托的异步调用，.NET框架中的许多功能都依赖这个线程池。这个做法是合适的，但是由于开发人员对于统一的线程池无法做到精确控制，因此在一些特别的需要就无法满足了。举个最常见例子：控制运算能力。什么是运算能力？那么还是从线程讲起吧1。

　我们在一个程序中创建一个线程，安排给它一个任务，便交由操作系统来调度执行。操作系统会管理系统中所有的线程，并且使用一定的方式进行调度。什么是“调度”？调度便是控制线程的状态：执行，等待等等。我们都知道，从理论上来说有多少个处理单元（如2 * 2 CPU的机器便有4个处理单元），就表示操作系统可以同时做几件事情。但是线程的数量会远远超过处理单元的数量，因此操作系统为了保证每个线程都被执行，就必须等一个线程在某个处理器上执行到某个情况的时候，“换”一个新的线程来执行，这便是所谓的“上下文切换（context switch）”。至于造成上下文切换的原因也有多种，可能是某个线程的逻辑决定的，如遇上锁，或主动进入休眠状态（调用Thread.Sleep方法），但更有可能是操作系统发现这个线程“超时”了。在操作系统中会定义一个“时间片（timeslice）”2，当发现一个线程执行时间超过这个时间，便会把它撤下，换上另外一个。这样看起来，多个线程——也就是多个任务在同时运行了。

　值得一提的是，对于Windows操作系统来说，它的调度单元是线程，这和线程究竟属于哪个进程并没有关系。举个例子，如果系统中只有两个进程，进程A有5个线程，而进程B有10个线程。在排除其他因素的情况下，进程B占有运算单元的时间便是进程A的两倍。当然，实际情况自然不会那么简单。例如不同进程会有不同的优先级，线程相对于自己所属的进程还会有个优先级；如果一个线程在许久没有执行的时候，或者这个线程刚从“锁”的等待中恢复，操作系统还会对这个线程的优先级作临时的提升——这一切都是牵涉到程序的运行状态，性能等情况的因素，有机会我们在做展开。

　现在您意识到线程数量意味着什么了没？没错，就是我们刚才提到的“运算能力”。很多时候我们可以简单的认为，在同样的环境下，一个任务使用的线程数量越多，它所获得的运算能力就比另一个线程数量较少的任务要来得多。运算能力自然就涉及到任务执行的快慢。您可以设想一下，有一个生产任务，和一个消费任务，它们使用一个队列做临时存储。在理想情况下，生产和消费的速度应该保持相同，这样可以带来最好的吞吐量。如果生产任务执行较快，则队列中便会产生堆积，反之消费任务就会不断等待，吞吐量也会下降。因此，在实现的时候，我们往往会为生产任务和消费任务分别指派独立的线程池，并且通过增加或减少线程池内线程数量来条件运算能力，使生产和消费的步调达到平衡。

　使用独立的线程池来控制运算能力的做法很常见，一个典型的案例便是SEDA架构：整个架构由多个Stage连接而成，每个Stage均由一个队列和一个独立的线程池组成，调节器会根据队列中任务的数量来调节线程池内的线程数量，最终使应用程序获得优异的并发能力。

　在Windows操作系统中，Server 2003及之前版本的API也只提供了进程内部单一的线程池，不过在Vista及Server 2008的API中，除了改进线程池的性能之外，还提供了在同一进程内创建多个线程池的接口。很可惜，.NET直到如今的4.0版本，依旧没有提供构建独立线程池的功能。构造一个优秀的线程池是一件相当困难的事情，幸运的是，如果我们需要这方面的功能，可以借助著名的SmartThreadPool，经过那么多年的考验，相信它已经足够成熟了。如果需要，我们还可以对它做一定修改——毕竟在不同情况下，我们对线程池的要求也不完全相同。