最高效的CPU方法是什么，可以使工作线程等待任务？

Question

在我的C#/NET 3.5应用程序中，我有一个任务队列（线程安全），我有5个工作线程必须不断地查找队列中的任务。如果有任务可用，任何一个工作线程都会出列任务并采取所需行动。

我的工作线程类如下：

public class WorkerThread
{
    //ConcurrentQueue is my implementation of thread safe queue
    //Essentially just a wrapper around Queue<T> with synchronization locks
    readonly ConcurrentQueue<CheckPrimeTask> mQ; 
    readonly Thread mWorker;
    bool mStop;

    public WorkerThread (ConcurrentQueue<CheckPrimeTask> aQ) {
        mQ = aQ;
        mWorker = new Thread (Work) {IsBackground = true};
        mStop = false;
    }

    private void Work () {
        while (!mStop) {
            if (mQ.Count == 0) {
                Thread.Sleep (0);
                continue;
            }

            var task = mQ.Dequeue ();
            //Someone else might have been lucky in stealing
            //the task by the time we dequeued it!!
            if (task == null) 
                continue;

            task.IsPrime = IsPrime (task.Number);
            task.ExecutedBy = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
            //Ask the threadpool to execute the task callback to 
            //notify completion
            ThreadPool.QueueUserWorkItem (task.CallBack, task);
        }
    }

    private bool IsPrime (int number) {
        int limit = Convert.ToInt32 (Math.Sqrt (number));
        for (int i = 2; i <= limit; i++) {
            if (number % i == 0)
                return false;
        }

        return true;
    }

    public void Start () {
        mStop = false;
        mWorker.Start ();
    }

    public void Stop () {
        mStop = true;
    }
}

问题是当队列为空时，它会消耗太多的CPU（近98%）。我尝试使用AutoResetEvent来通知工作线程队列已经改变。因此，它们有效地等待该信号来设置。这将CPU降至接近0％，但我并不完全确定这是否是最佳方法。您能否建议一种更好的方法，使线程保持空闲而不会影响CPU使用率？

- Hemant

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使用重置事件是最佳方法。 - Mitch Wheat

另一种可能性是使用ThreadPool.QueueUserWorkItem。 - Mitch Wheat

另一种方法是使用定时器检查队列并启动工作线程。 - Ed Power

Answer 1

看看这个实现BlockingQueue的方法。如果队列为空，它使用Monitor.Wait()使线程进入睡眠状态。当添加一个项目时，使用Monitor.Pulse()唤醒正在等待队列为空的线程。

另一种技术是使用Semaphore。每次向队列中添加一个项目时，请调用Release()。当需要从队列中获取一个项目时，请调用WaitOne()。

- R Samuel Klatchko

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我喜欢 Semaphore 的想法，因为它确保只有一个线程被唤醒，当一个项目被添加到队列中。使用重置事件会唤醒所有工作线程。谢谢。 - Hemant

但是它有一个缺点，我必须在创建信号量时指定队列中允许的最大项目数！信号量是否足够高效以处理非常大的计数？ - Hemant

作为对第一条评论的回应。Monitor.Pulse只唤醒一个线程，(Monitor.PulseAll)会唤醒所有等待的线程，所以它们之间没有区别。 - R Samuel Klatchko

只需将最大可能值设置为 Int32.MaxValue。 new Semaphore(0, Int32.MaxValue) - R Samuel Klatchko

记录一下：我使用了信号量技术，效果非常好！谢谢大家。 - Hemant

Answer 2

在没有队列项目的情况下，您的Work方法中当前使用了Thread.Sleep(0)。将其更改为任何大于0的值，您的CPU使用率将会降低。建议从10开始尝试...

- cjk

Answer 3

如果您的队列是线程安全的，那么您就不需要这样做...

    //Someone else might have been lucky in stealing 
    //the task by the time we dequeued it!! 
    if (task == null)  
        continue; 

- Jag

Answer 4

你有几个选项可以考虑。

一种方法是在循环期间放置一个小的线程休眠。这将基本上将CPU使用率降至0，并且是相当标准的做法。

另一种方法是使用重置（自动或手动），如Mitch Wheat在评论中建议的那样。

你还可以设计某种IdleTask，它具有一定量的线程休眠时间，如果你的队列为空，只需处理IdleTask（它将线程休眠）。

- Alastair Pitts