C#線程處理系列之線程池中的I/O線程

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C#教程|點擊：次

一、I/O線程實現(xiàn)對文件的異步

1.1 I/O線程介紹：

對于線程所執(zhí)行的任務來說，可以把線程分為兩種類型：工作者線程和I/O線程。

工作者線程用來完成一些計算的任務，在任務執(zhí)行的過程中，需要CPU不間斷地處理，所以，在工作者線程的執(zhí)行過程中，CPU和線程的資源是充分利用的。

I/O線程主要用來完成輸入和輸出的工作的，在這種情況下，計算機需要I/O設備完成輸入和輸出的任務，在處理過程中，CPU是不需要參與處理過程的，此時正在運行的線程將處于等待狀態(tài)，只有等任務完成后才會有事可做，這樣就造成線程資源浪費的問題。為了解決這樣的問題，可以通過線程池來解決這樣的問題，讓線程池來管理線程，前面已經介紹過線程池了，在這里就不講了。

對于I/O線程，我們可以將輸入輸出操作分成三個步驟：啟動、實際輸入輸出、處理結果。用于實際輸入輸出可由硬件完成，并不需要CPU的參與，而啟動和處理結果也可以不在同一個線程上，這樣就可以充分利用線程資源。在.Net中通過以Begin開頭的方法來完成啟動，以End開頭的方法來處理結果，這兩個方法可以運行在不同的線程，這樣我們就實現(xiàn)了異步編程了。

1.2 .Net中如何使用異步

注意：

其實當我們調用Begin開頭的方法就是將一個I/O線程排入到線程池中（調用Begin開頭的方法就把I/O線程加入到線程池中管理都是.Net機制幫我們實現(xiàn)的）。

（因為有些人會問什么地方用到了線程池了，工作者線程由線程池管理很好看出來，因為創(chuàng)建工作者線程直接調用ThreadPool.QueueUserWorkItem方法來把工作者線程排入到線程池中）。

在.net Framework中的FCL中有許多類型能夠對異步操作提供支持，其中在FileStream類中就提供了對文件的異步操作的方法。

FileStream類要調用I/O線程要實現(xiàn)異步操作，首先要建立一個FileStream對象。

通過下面的構造函數來初始化FileStream對象實現(xiàn)異步操作(異步讀取和異步寫入):

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

其中path代表文件的相對路徑或絕對路徑，mode代表如何打開或創(chuàng)建文件，access代表訪問文件的方式，share代表文件如何由進程共享，buffersize代表緩沖區(qū)的大小，useAsync代表使用異步I/O還是同步I/O,設置為true時，說明使用異步I/O.

下面通過代碼來學習下異步寫入文件：

using System;
using System.IO;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace AsyncFile
{
  class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      const int maxsize = 100000;
      ThreadPool.SetMaxThreads(1000,1000);
      PrintMessage("Main Thread start");

      // 初始化FileStream對象
      FileStream filestream = new FileStream("test.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, 100, true);
      
      //打印文件流打開的方式
      Console.WriteLine("filestream is {0} opened 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 size is： {0} byte\n", writebytes.Length);
      // 調用異步寫入方法比信息寫入到文件中
      filestream.BeginWrite(writebytes, 0, writebytes.Length, new AsyncCallback(EndWriteCallback), filestream);
      filestream.Flush();
      Console.Read();

    }

    // 當把數據寫入文件完成后調用此方法來結束異步寫操作
    private static void EndWriteCallback(IAsyncResult asyncResult)
    {
      Thread.Sleep(500);
      PrintMessage("Asynchronous Method start");

      FileStream filestream = asyncResult.AsyncState as FileStream;

      // 結束異步寫入數據
      filestream.EndWrite(asyncResult);
      filestream.Close();
    }

    // 打印線程池信息
    private static void PrintMessage(String data)
    {
      int workthreadnumber;
      int iothreadnumber;

      // 獲得線程池中可用的線程，把獲得的可用工作者線程數量賦給workthreadnumber變量
      // 獲得的可用I/O線程數量給iothreadnumber變量
      ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

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

運行結果：

從運行結果可以看出，此時是調用線程池中的I/O線程去執(zhí)行回調函數的，同時在工程所的的bin\Debug文件目錄下有生成一個text.txt文件，打開文件可以知道里面的內容正是你寫入的。

下面演示如何從剛才的文件中異步讀取我們寫入的內容：

using System;
using System.IO;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace AsyncFileRead
{
  class Program
  {
    const int maxsize = 1024;
    static byte[] readbytes = new byte[maxsize];
    static void Main(string[] args)
    {
      ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
      PrintMessage("Main Thread start");

      // 初始化FileStream對象
      FileStream filestream = new FileStream("test.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, 100, false);

      // 異步讀取文件內容
      filestream.BeginRead(readbytes, 0, readbytes.Length, new AsyncCallback(EndReadCallback), filestream);
      Console.Read();
    }

    private static void EndReadCallback(IAsyncResult asyncResult)
    {
      Thread.Sleep(1000);
      PrintMessage("Asynchronous Method start");

      // 把AsyncResult.AsyncState轉換為State對象
      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();
    }

    // 打印線程池信息
    private static void PrintMessage(String data)
    {
      int workthreadnumber;
      int iothreadnumber;

      // 獲得線程池中可用的線程，把獲得的可用工作者線程數量賦給workthreadnumber變量
      // 獲得的可用I/O線程數量給iothreadnumber變量
      ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

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

運行結果：

這里有個需要注意的問題：如果大家測試的時候，應該把開始生成的text.txt文件放到該工程下bin\debug\目錄下，我剛開始的做的時候就忘記拷過去的，讀出來的數據長度一直為0（這里我犯的錯誤寫下了，希望大家可以注意，也是警惕自己要小心。）

二、I/O線程實現(xiàn)對請求的異步

我們同樣可以利用I/O線程來模擬對瀏覽器對服務器請求的異步操作，在.net類庫中的WebRequest類提供了異步請求的支持，

下面就來演示下如何實現(xiàn)請求異步：

using System;
using System.Net;
using System.Threading;

namespace RequestSample
{
  class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
      PrintMessage("Main Thread start");

      // 發(fā)出一個異步Web請求
      WebRequest webrequest =WebRequest.Create("http://www.cnblogs.com/");
      webrequest.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, webrequest);

      Console.Read();
    }

    // 回調方法
    private static void ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
    {
      Thread.Sleep(500);
      PrintMessage("Asynchronous Method start");

      WebRequest webrequest = (WebRequest)result.AsyncState;
      using (WebResponse webresponse = webrequest.EndGetResponse(result))
      {      
        Console.WriteLine("Content Length is : "+webresponse.ContentLength);
      }
    }

    // 打印線程池信息
    private static void PrintMessage(String data)
    {
      int workthreadnumber;
      int iothreadnumber;

      // 獲得線程池中可用的線程，把獲得的可用工作者線程數量賦給workthreadnumber變量
      // 獲得的可用I/O線程數量給iothreadnumber變量
      ThreadPool.GetAvailableThreads(out workthreadnumber, out iothreadnumber);

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

運行結果為：

寫到這里這篇關于I/O線程的文章也差不多寫完了，其實I/O線程還可以做很多事情，在網絡(Socket)編程,web開發(fā)中都會用I/O線程，本來想寫個Demo來展示多線程在實際的工作中都有那些應用的地方的，但是后面覺得還是等多線程系列都講完后再把知識一起串聯(lián)起來做個Demo會好點，至于后面文章中將介紹下線程同步的問題。

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