C#线程处理系列之线程池中的I/O线程

一、I/O线程实现对文件的异步

 1.1  I/O线程介绍：

对于线程所执行的任务来说，可以把线程分为两种类型：工作者线程和I/O线程。

工作者线程用来完成一些计算的任务，在任务执行的过程中，需要CPU不间断地处理，所以，在工作者线程的执行过程中，CPU和线程的资源是充分利用的。

I/O线程主要用来完成输入和输出的工作的，在这种情况下， 计算机需要I/O设备完成输入和输出的任务，在处理过程中，CPU是不需要参与处理过程的，此时正在运行的线程将处于等待状态，只有等任务完成后才会有事可做， 这样就造成线程资源浪费的问题。为了解决这样的问题，可以通过线程池来解决这样的问题，让线程池来管理线程，前面已经介绍过线程池了， 在这里就不讲了。

对于I/O线程，我们可以将输入输出操作分成三个步骤：启动、实际输入输出、处理结果。用于实际输入输出可由硬件完成，并不需要CPU的参与，而启动和处理结果也可以不在同一个线程上，这样就可以充分利用线程资源。在.Net中通过以Begin开头的方法来完成启动，以End开头的方法来处理结果，这两个方法可以运行在不同的线程，这样我们就实现了异步编程了。

1.2 .Net中如何使用异步

注意：

 其实当我们调用Begin开头的方法就是将一个I/O线程排入到线程池中（调用Begin开头的方法就把I/O线程加入到线程池中管理都是.Net机制帮我们实现的）。

（因为有些人会问什么地方用到了线程池了，工作者线程由线程池管理很好看出来，因为创建工作者线程直接调用ThreadPool.QueueUserWorkItem方法来把工作者线程排入到线程池中）。

在.net Framework中的FCL中有许多类型能够对异步操作提供支持，其中在FileStream类中就提供了对文件的异步操作的方法。

FileStream类要调用I/O线程要实现异步操作，首先要建立一个FileStream对象。

通过下面的构造函数来初始化FileStream对象实现异步操作(异步读取和异步写入):

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

其中path代表文件的相对路径或绝对路径，mode代表如何打开或创建文件，access代表访问文件的方式，share代表文件如何由进程共享，buffersize代表缓冲区的大小，useAsync代表使用异步I/O还是同步I/O,设置为true时，说明使用异步I/O.

下面通过代码来学习下异步写入文件：

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对象
      FileStream filestream = new FileStream("test.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, 100, true);
      
      //打印文件流打开的方式
      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);
      // 调用异步写入方法比信息写入到文件中
      filestream.BeginWrite(writebytes, 0, writebytes.Length, new AsyncCallback(EndWriteCallback), filestream);
      filestream.Flush();
      Console.Read();

    }

    // 当把数据写入文件完成后调用此方法来结束异步写操作
    private static void EndWriteCallback(IAsyncResult asyncResult)
    {
      Thread.Sleep(500);
      PrintMessage("Asynchronous Method start");

      FileStream filestream = asyncResult.AsyncState as FileStream;

      // 结束异步写入数据
      filestream.EndWrite(asyncResult);
      filestream.Close();
    }

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

      // 获得线程池中可用的线程，把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
      // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
      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());
    }
  }
}

运行结果：

从运行结果可以看出，此时是调用线程池中的I/O线程去执行回调函数的，同时在工程所的的bin\Debug文件目录下有生成一个text.txt文件，打开文件可以知道里面的内容正是你写入的。

下面演示如何从刚才的文件中异步读取我们写入的内容：

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对象
      FileStream filestream = new FileStream("test.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, 100, false);

      // 异步读取文件内容
      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转换为State对象
      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();
    }

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

      // 获得线程池中可用的线程，把获得的可用工作者线程数量赋给workthreadnumber变量
      // 获得的可用I/O线程数量给iothreadnumber变量
      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());
    }
  }
}

运行结果：

这里有个需要注意的问题：如果大家测试的时候， 应该把开始生成的text.txt文件放到该工程下bin\debug\目录下， 我刚开始的做的时候就忘记拷过去的， 读出来的数据长度一直为0（这里我犯的错误写下了，希望大家可以注意，也是警惕自己要小心。）

二、I/O线程实现对请求的异步

我们同样可以利用I/O线程来模拟对浏览器对服务器请求的异步操作，在.net类库中的WebRequest类提供了异步请求的支持，

下面就来演示下如何实现请求异步：

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");

      // 发出一个异步Web请求
      WebRequest webrequest =WebRequest.Create("http://www.cnblogs.com/");
      webrequest.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, webrequest