菜菜呀，我最近研究技術呢，發現線上一個任務程序線程數有點多呀

CEO,CTO,CFO于一身的CXO

x總，你學編程呢？

菜菜

作為公司總負責人，我以后還要管理技術部門呢，怎么能不會技術呢

CEO,CTO,CFO于一身的CXO

（技術部完了）。。。。。。。

菜菜

趕緊看看線上那個線程特別多的程序，給你2個小時優化一下

CEO,CTO,CFO于一身的CXO

x總，我想辭職

菜菜

菜菜呀，心不要浮躁，學學小馬，心平氣和養養生

CEO,CTO,CFO于一身的CXO

............................

菜菜

好了，給你半天時間把線程多的問題優化一下，要不然扣你績效

CEO,CTO,CFO于一身的CXO

（嘞了個擦）。。。。。。

菜菜◆◆原因排查◆◆

????????經過一個多小時的代碼排查終于查明了線上程序線程數過多的原因：這是一個接收mq消息的一個服務，程序大體思路是這樣的，監聽的線程每次收到一條消息，就啟動一個線程去執行，每次啟動的線程都是新的。說到這里，咱們就談一談這個程序有哪些弊端呢：

1. ?每次收到一條消息都創建一個新的線程，要知道線程的資源對于系統來說是很昂貴的，消息處理完成還要銷毀這個線程。

2.? 這個程序用到的線程數量是沒有限制的。當線程到達一定數量，程序反而因線程在cpu切換開銷的原因處理效率降低。無論的你的服務器cpu是多少核心，這個現象都有發生的可能。

◆◆解決問題◆◆

????????線程多的問題該怎么解決呢，增加cpu核心數？治標不治本。對于開發者而言，最為常用也最為有效的是線程池化，也就是說線程池。

????線程池是一種多線程處理形式，處理過程中將任務添加到隊列，然后在創建線程后自動啟動這些任務。這避免了在處理短時間任務時創建與銷毀線程的代價。線程池不僅能夠保證內核的充分利用，還能防止過分調度。可用線程數量應該取決于可用的并發處理器、處理器內核、內存、網絡sockets等的數量。 例如，線程數一般取cpu數量+2比較合適，線程數過多會導致額外的線程切換開銷。

????????線程池其中一項很重要的技術點就是任務的隊列，隊列雖然屬于一種基礎的數據結構，但是發揮了舉足輕重的作用。

◆◆隊列◆◆

????????隊列是一種特殊的線性表，特殊之處在于它只允許在表的前端（front）進行刪除操作，而在表的后端（rear）進行插入操作，和棧一樣，隊列是一種操作受限制的線性表。進行插入操作的端稱為隊尾，進行刪除操作的端稱為隊頭。

????????隊列是一種采用的FIFO(first in first out)方式的線性表，也就是經常說的先進先出策略。

實現

數組

????????隊列可以用數組Q[1…m]來存儲，數組的上界m即是隊列所容許的最大容量。在隊列的運算中需設兩個指針：head，隊頭指針，指向實際隊頭元素+1的位置；tail，隊尾指針，指向實際隊尾元素位置。一般情況下，兩個指針的初值設為0，這時隊列為空，沒有元素。以下為一個簡單的實例（生產環境需要優化）：

public?class?QueueArray<T>
????{
????????//隊列元素的數組容器
????????T[]?container?=?null;
????????int?IndexHeader,?IndexTail;
????????public?QueueArray(int?size)
????????{
????????????container?=?new?T[size];
????????????IndexHeader?=?0;
????????????IndexTail?=?0;
????????}
????????public?void?Enqueue(T?item)
????????{
????????????//入隊的元素放在頭指針的指向位置，然后頭指針前移
????????????container[IndexHeader]?=?item;
????????????IndexHeader++;
????????}
????????public?T?Dequeue()
????????{
????????????//出隊：把尾元素指針指向的元素取出并清空（不清空也可以）對應的位置，尾指針前移
????????????T?item?=?container[IndexTail];
????????????container[IndexTail]?=?default(T);
????????????IndexTail++;
????????????return?item;
????????}

????}

鏈表

????????隊列采用的FIFO(first in first out)，新元素總是被插入到鏈表的尾部，而讀取的時候總是從鏈表的頭部開始讀取。每次讀取一個元素，釋放一個元素。所謂的動態創建，動態釋放。因而也不存在溢出等問題。由于鏈表由元素連接而成，遍歷也方便。以下是一個實例僅供參考：

public?class?QueueLinkList<T>
????{
????????LinkedList<T>?contianer?=?null;
????????public?QueueLinkList()
????????{
????????????contianer?=?new?LinkedList<T>();
????????}
????????public?void?Enqueue(T?item)
????????{
????????????//入隊的元素其實就是加入到隊尾
????????????contianer.AddLast(item);
????????}
????????public?T?Dequeue()
????????{
????????????//出隊：取鏈表第一個元素，然后把這個元素刪除
????????????T?item?=?contianer.First.Value;
????????????contianer.RemoveFirst();
????????????return?item;
????????}

????}

隊列的擴展閱讀

1. 隊列通過數組來實現的話有什么問題嗎？是的。首先基于數組不可變本質的因素（具體可參考菜菜之前的文章），當一個隊列的元素把數組沾滿的時候，數組擴容是有性能問題的，數組的擴容過程不只是開辟新空間分配內存那么簡單，還要有數組元素的copy過程，更可怕的是會給GC造成極大的壓力。如果數組比較小可能影響比較小，但是當一個數組比較大的時候，比如占用500M內存的一個數組，數據copy其實會造成比較大的性能損失。

2. 隊列通過數組來實現，隨著頭指針和尾指針的位置移動，尾指針最終會指向第一個元素的位置，也就是說沒有元素可以出隊了，其實要解決這個問題有兩種方式，其一：在出隊或者入隊的過程中不斷的移動所有元素的位置，避免上邊所說的極端情況發生；其二：可以把數組的首尾元素連接起來，使其成為一個環狀，也就是經常說的循環隊列。

3. 隊列在一些特殊場景下其實還有一些變種，比如說循環隊列，阻塞隊列，并發隊列等，有興趣的同學可以去研究一下，這里不在展開討論。這里說到阻塞隊列就多說一句，其實用阻塞隊列可以實現一個最基本的生產者消費者模式。

4. 當隊列用鏈表方式實現的時候，由于鏈表的首尾操作時間復雜度都是O（1），而且沒有空間大小的限制，所以一般的隊列用鏈表實現更簡單

5. 當隊列中無元素可出隊或者沒有空間可入隊的時候，是阻塞當前的操作還是返回錯誤信息，取決于在座各位隊列的設計者了。

◆◆簡單實用的線程池◆◆

Net Core C# 版本

//線程池
????public?class?ThreadPool
????{
????????bool?PoolEnable?=?false;?//線程池是否可用?
????????List<Thread>?ThreadContainer?=?null;?//線程的容器
????????ConcurrentQueue<ActionData>?JobContainer?=?null;?//任務的容器
????????public?ThreadPool(int?threadNumber)
????????{
????????????PoolEnable?=?true;
????????????ThreadContainer?=?new?List<Thread>(threadNumber);
????????????JobContainer?=?new?ConcurrentQueue<ActionData>();
????????????for?(int?i?=?0;?i?<?threadNumber;?i++)
????????????{
????????????????var?t?=?new?Thread(RunJob);
????????????????ThreadContainer.Add(t);
????????????????t.Start();
????????????}???????????
????????}
????????//向線程池添加一個任務
????????public?void?AddTask(Action<object>?job,object?obj,?Action<Exception>?errorCallBack=null)
????????{
????????????if?(JobContainer?!=?null)
????????????{
????????????????JobContainer.Enqueue(new?ActionData?{?Job?=?job,?Data?=?obj?,?ErrorCallBack=?errorCallBack?});
????????????}

????????}
????????//終止線程池
????????public?void?FinalPool()
????????{
????????????PoolEnable?=?false;
????????????JobContainer?=?null;
????????????if?(ThreadContainer?!=?null)
????????????{
????????????????foreach?(var?t?in?ThreadContainer)
????????????????{
????????????????????//強制線程退出并不好，會有異常
????????????????????//t.Abort();
????????????????????t.Join();????????????????????
????????????????}
????????????????ThreadContainer?=?null;
????????????}

????????}
????????private??void?RunJob()
????????{
????????????while?(true&&?JobContainer!=null&&?PoolEnable)
????????????{
????????????????//任務列表取任務
????????????????ActionData?job=null;
????????????????JobContainer?.TryDequeue(out?job);
????????????????if?(job?==?null)
????????????????{
????????????????????//如果沒有任務則休眠
????????????????????Thread.Sleep(10);
????????????????????continue;
????????????????}
????????????????try
????????????????{
????????????????????//執行任務
????????????????????job.Job.Invoke(job.Data);
????????????????}
????????????????catch(Exception?error)
????????????????{
????????????????????//異常回調
????????????????????job?.ErrorCallBack(error);
????????????????}
????????????}
????????}
????}

????public?class?ActionData
????{
????????//執行任務的參數
????????public?object?Data?{?get;?set;?}
????????//執行的任務
????????public?Action<object>?Job?{?get;?set;?}
????????//發生異常時候的回調方法
????????public?Action<Exception>?ErrorCallBack?{?get;?set;?}
????}

使用方法

ThreadPool?pool?=?new?ThreadPool(100);
????????????for?(int?i?=?0;?i?<?5000;?i++)
????????????{
????????????????pool.AddTask((obj)?=>
????????????????{
????????????????????Console.WriteLine($"{obj}__{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
????????????????},?i,?(e)?=>
????????????????{
????????????????????Console.WriteLine(e.Message);
????????????????});
????????????}
????????????pool.FinalPool();
????????????Console.Read();

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的程序员修仙之路--设计一个实用的线程池的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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