如何正确地创建一个无限的工作线程？

Question

我有一个对象需要进行大量初始化（在强力机器上需要1到2秒）。但是一旦初始化完成，它只需要约20毫秒来完成典型的“工作”。

为了防止每次应用程序想要使用它时都重新初始化该对象（在典型用法中可能是每秒50次或数分钟不使用），我决定给它一个工作队列，并在其自己的线程上运行，检查队列中是否有任何工作。 但是，我不完全确定如何创建一个无限运行的线程，无论是否有工作。

以下是我目前所拥有的，欢迎任何批评意见。

    private void DoWork()
    {
        while (true)
        {
            if (JobQue.Count > 0)
            {
                // do work on JobQue.Dequeue()
            }
            else
            {
                System.Threading.Thread.Sleep(50);
            }
        }
    }

事后想法：我在考虑是否需要优雅地终止此线程，而不是让它永远运行。因此，我认为我会添加一种作业类型，告诉线程结束。如何终止这样的线程的任何想法也受到欢迎。

- Neil N

Answer 1

你必须使用lock，这样你就可以使用Wait和Pulse：

while(true) {
    SomeType item;
    lock(queue) {
        while(queue.Count == 0) {
            Monitor.Wait(queue); // releases lock, waits for a Pulse,
                                 // and re-acquires the lock
        }
        item = queue.Dequeue(); // we have the lock, and there's data
    }
    // process item **outside** of the lock
}

使用类似以下方式添加：

lock(queue) {
    queue.Enqueue(item);
    // if the queue was empty, the worker may be waiting - wake it up
    if(queue.Count == 1) { Monitor.PulseAll(queue); }
}

你可能还想看看这个问题，它可以限制队列的大小（如果队列已经满了，则进行阻塞）。

- Marc Gravell

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经典队列，锁和脉冲。 - scope_creep

@Will：据我所知，pfx 的唯一下载是 CTP - 即不完全支持。在 4.0 版本（目前为 beta 版）中，TPL 等将成为常态 - 但我们仍然会在这里收到很多2.0的问题... - Marc Gravell

马克，你能详细解释一下 Monitor.Wait 发生了什么吗？这看起来非常有趣。 - Neil N

@Neil - 我在另一个问题（链接）中也涵盖了更多关于退出条件的内容。 - Marc Gravell

好的回答，不过我知道Pulse和PulseAll被认为是一个错误。具体来说，如果你在内核调度程序线程切换期间执行其中一个操作，就可能会错过一个Pulse。 - Jan Bannister

Answer 2

您需要一种同步原语，例如WaitHandle（查看静态方法）。这样，您就可以“通知”工作线程有工作要做。它检查队列并继续工作，直到队列为空，此时它会等待互斥锁再次发出信号。

同时，将其中一个工作项设置为退出命令，以便在需要退出线程时向工作线程发出信号。

- Pieter Breed

Answer 3

我已经实现了一个后台任务队列，而不使用任何类型的while循环、脉冲、等待或者触摸Thread对象。它似乎是有效的。（我的意思是，在过去的18个月中，它一直在生产环境中处理数千个任务，没有出现任何意外行为。）这是一个具有两个重要属性的类，即Queue<Task>和BackgroundWorker。这里简略介绍了三个重要方法：

private void BackgroundWorker_DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
{
   if (TaskQueue.Count > 0)
   {
      TaskQueue[0].Execute();
   }
}

private void BackgroundWorker_RunWorkerCompleted(object sender, RunWorkerCompletedEventArgs e)
{
    Task t = TaskQueue[0];

    lock (TaskQueue)
    {
        TaskQueue.Remove(t);
    }
    if (TaskQueue.Count > 0 && !BackgroundWorker.IsBusy)
    {
        BackgroundWorker.RunWorkerAsync();
    }
}

public void Enqueue(Task t)
{
   lock (TaskQueue)
   {
      TaskQueue.Add(t);
   }
   if (!BackgroundWorker.IsBusy)
   {
      BackgroundWorker.RunWorkerAsync();
   }
}

并不是没有等待和脉冲。但这一切都发生在BackgroundWorker内部。每当一个任务被放入队列中时，它就会被唤醒，运行直到队列为空，然后再次进入睡眠状态。

我远非线程方面的专家。如果使用BackgroundWorker可以解决问题，那么有必要去研究System.Threading吗？

- Robert Rossney

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总的来说，我同意BackgroundWorker类通常是管理后台任务的更简单选择。在这种情况下，我必须挑战你的一些说法。您正在使用线程对象：lock关键字是System.Threading.Monitor.Enter()和System.Threading.Monitor.Exit()的语法糖。您的RunWorkerCompleted事件处理程序调用BackgroundWorker.RunWorkerAsync()而不是while循环。我认为，在这种情况下，等待/脉冲while循环的逻辑可能更容易理解。 - Don Kirkby

好的。可能只是因为我对等待/触发不熟悉，所以它看起来对我来说更简单。 - Robert Rossney

Answer 4

在大多数情况下，我所做的与您设置的方式非常相似，但语言不同。我有幸使用了一个数据结构（Python中的）来阻塞线程直到队列中放入一个项目，避免使用sleep调用。

如果.NET提供了这样的类，我会考虑使用它。 线程阻塞比线程在sleep调用上旋转要好得多。

您可以传递的作业可能只是一个“null”; 如果代码收到null，则知道该退出while并回家了。

- Jed Smith

Answer 5

获取并行框架。它有一个BlockingCollection<T>，您可以将其用作任务队列。使用方法如下：

1. 创建一个BlockingCollection<T>，用于保存您的任务。
2. 创建一些线程，这些线程具有永不停止的循环（while（true）{ // get job off the queue）
3. 启动线程
4. 当任务/工作可用时，将其添加到集合中

线程将被阻塞，直到集合中出现项目。 轮到谁获取它（取决于CPU）。 我现在正在使用它，效果很好。

它还具有依赖于MS编写的特别恶心的代码的优点，其中多个线程访问同一资源。 每当你能让别人为你编写它时，你应该去做。 当然，假设他们比您拥有更多的技术/测试资源和经验。

- user1228

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你是指标有"This CTP is for testing purposes only."的CTP吗？不确定这是一个好建议...在4.0中，可以 - 但那是测试版！ - Marc Gravell

Answer 6

如果你不是真的需要使线程退出（而只是希望它不会让应用程序一直运行），你可以将Thread.IsBackground设置为true，当所有非后台线程结束时，它就会结束。Will和Marc都有处理队列的好方法。

- Dolphin