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聊一聊 C#線程池的線程動態注入

freeflydom

2025年1月3日 9:50 本文熱度 2080

一：背景

1. 講故事

前面二篇我們聊到了 Thread.Sleep 和 Task.Result 場景下的線程注入邏輯，在線程饑餓的情況下注入速度都不是很理想，那怎么辦呢？有沒有更快的注入速度，這篇作為動態注入的終結篇，我個人總結如下兩種方法，當然可能有更多的路子，知道的朋友可以在下面留言。

二：提高注入速度的兩種方法

1. 降低GateThread的延遲時間

上一篇跟大家聊過 Result 默認情況下GateThread每秒會注入4個，底層邏輯是由 Blocking.MaxDelayMs=250ms 變量控制的，言外之意就是能不能減少這個變量的值呢？當然可以的，這里我們改成 100ms，參考代碼如下：


        static void Main(string[] args)
        {
            AppContext.SetData("System.Threading.ThreadPool.Blocking.MaxDelayMs", 100);
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem((idx) =>
                {
                    Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff")} -> {idx}: 這是耗時任務");
                    try
                    {
                        var client = new HttpClient();
                        var content = client.GetStringAsync("https://youtube.com").Result;
                        Console.WriteLine(content.Length);
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        Console.WriteLine(ex.Message);
                    }
                }, i);
            }
            Console.ReadLine();
        }

現在我們還是用上一篇的方法在如下三個方法 HasBlockingAdjustmentDelayElapsed,PerformBlockingAdjustment,CreateWorkerThread 上埋日志斷點，埋好之后運行程序觀察。

從卦中的輸出結果看，注入速度明顯快了很多，判斷閾值也從 250ms 變成了 100ms，每秒能注入7~8個線程，所以這是一個簡單粗暴的提速方法。

2. 提高 MinThreads 的閾值

看過上兩篇的朋友應該知道，我用過 噴涌而出 四個字來形容前 12個線程，這里的12是因為我的機器是 12 核，言外之意就是為什么要設置12呢？我能不能給它提升到 120，1200甚至更高的 12000 呢？這樣線程的注入速度不是更快嗎？有了這個想法趕緊上一段代碼，參考如下：


        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMinThreads(10000, 10);
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem((idx) =>
                {
                    Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff")} -> {idx}: 這是耗時任務");
                    Thread.Sleep(int.MaxValue);
                }, i);
            }
            Console.ReadLine();
        }

從卦中看，直接秒了這個 10000 個任務，但不要忘了你的程序此時有1w個線程，如果是32bit程序大概率因為虛擬地址不足直接崩了，如果是 64bit 可能也會導致非常可觀的內存占用。

有些人可能對底層邏輯感興趣，我特意花了點時間繪了一張圖來描述底層的運轉邏輯。

之所以能快速的產生新線程，核心判斷條件是 numProcessingWork <= counts.NumThreadsGoal ，我們設置的 MinThread=10000 最后給到了 NumThreadsGoal 字段，所以現有線程數不超過 10000 的話，就會不斷的調用 CreateWorkThread 產生新的工作線程。

接下來我們再聊一下 SetMinThreads 這里面的坑吧，如果你將剛才的 ThreadPool.SetMinThreads(10000, 10); 改成 ThreadPool.SetMinThreads(10000, 10000);的話，將不會有任何效果，截圖如下：

為什么會出現這樣的情況呢？這得從源碼上找答案，參考代碼如下：


        public class PortableThreadPool
        {
            private short _minThreads;
            private short _maxThreads;
            private short _legacy_maxIOCompletionThreads;
            private const short DefaultMaxWorkerThreadCount = MaxPossibleThreadCount;
            private const short MaxPossibleThreadCount = short.MaxValue;
            private PortableThreadPool()
            {
                _minThreads = HasForcedMinThreads ? ForcedMinWorkerThreads : (short)Environment.ProcessorCount;
                _maxThreads = HasForcedMaxThreads ? ForcedMaxWorkerThreads : DefaultMaxWorkerThreadCount;
                _legacy_maxIOCompletionThreads = 1000;
            }
        }
        public bool SetMinThreads(int workerThreads, int ioCompletionThreads)
        {
            if (workerThreads < 0 || ioCompletionThreads < 0)
            {
                return false;
            }
            bool flag = false;
            bool flag2 = false;
            this._threadAdjustmentLock.Acquire();
            if (workerThreads > (int)this._maxThreads)
            {
                return false;
            }
            if (ioCompletionThreads > (int)this._legacy_maxIOCompletionThreads)
            {
                return false;
            }
        }

從卦中代碼可以看到 ioCompletionThreads 默認最大值為 1000，如果你設置的值大于 1000 的話，那前面的 workerThreads 等于白設置了。。。這就很無語了。。。如果參數有誤，你完全可以拋出一個異常來告訴我，，，而不是偷偷的掩埋錯誤信息，導致程序出現了我意想不到的行為。。。

為了湊篇幅，我再說一個有意思的參數 DebugBreakOnWorkerStarvation，它可以用來捕獲 線程饑餓 的第一現場，底層邏輯是C#團隊在代碼里埋了一個鉤子，參考如下：


        private static void GateThreadStart()
        {
            bool debuggerBreakOnWorkStarvation = AppContextConfigHelper.GetBooleanConfig("System.Threading.ThreadPool.DebugBreakOnWorkerStarvation", false);
            while (counts.NumProcessingWork < threadPoolInstance._maxThreads && counts.NumProcessingWork >= counts.NumThreadsGoal)
            {
                if (debuggerBreakOnWorkStarvation)
                {
                    Debugger.Break();
                }
            }
        }

這個 Debugger.Break(); 發出的 int 3 信號，我們可以用 VS,DnSpy,WinDbg 這樣的調試器去捕獲，參考代碼如下：


        static void Main(string[] args)
        {
            AppContext.SetSwitch("System.Threading.ThreadPool.DebugBreakOnWorkerStarvation", true);
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem((idx) =>
                {
                    Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff")} -> {idx}: 這是耗時任務");
                    Thread.Sleep(int.MaxValue);
                }, i);
            }
            Console.ReadLine();
        }