Windows 线程池

yg2pojie

Windows线程池
该部分主要是总结与Windows核心编程中相关内容，因为是从笔记中直接复制过来，所以格式可能有点乱，可以查看附件中的图片，里面格式较为完善
1、简介

• Windows线程池是Windows操作系统提供的一种线程管理机制，它可以帮助开发者在应用程序中更有效地使用系统资源。Windows线程池的主要作用是管理一组预先创建好的线程，这些线程可以用来执行应用程序中的异步操作。当应用程序需要执行一个异步操作时，它可以向线程池提交一个任务，线程池会从池中选择一个可用的线程来执行该任务。当任务执行完成后，该线程会返回到线程池中，等待下一个任务的到来。
  
  
  
  
  • 每个进程都会有默认的线程池
    
• 通过使用线程池，应用程序可以避免频繁地创建和销毁线程，从而减少了系统开销和内存使用，并提高了应用程序的响应性能和吞吐量。此外，线程池还提供了一些高级功能，例如动态调整线程池的大小、设置线程的优先级和取消正在执行的任务等。在Windows操作系统中，线程池可以通过使用Windows API函数来创建和管理，例如CreateThreadpool()、     SetThreadpoolThreadMaximum()、     SetThreadpoolThreadMinimum()等。开发者可以使用这些函数来创建和配置线程池，向线程池提交任务，并监控线程池的状态。
  
  
  
  
  • 如果线程池检测到它的线程数量己经供过于求，那么它就会销毁其中一些线程
    
• 这些新的线程池函数允许我们做以下这些事情：
  
  
  
  
  • 以异步的方式来调用一个函数
  • 每隔一段时间调用一个函数
  • 当内核对象触发的时候调用一个函数
  • 当异步I/O请求完成的时候调用一个函数
    

2、情形1：以异步的方式调用函数

• 用线程池来以异步的方式执行一个函数（回调函数），我们需要定义一个具有以下原型的函数：
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg

• 为了让线程池中的一个线程执行该函数，我们需要向线程池提交一个请求，我们需要调用下面的函数：
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg

• 该函数（在内部通过调用PostQueuedCompletionStatus来）将一个工作项添加到线程池的队列中，若调用成功，则返回TRUE，若调用失败，则返回FALSE
• 系统会自动为我们的进程创建一个默认的线程池，并让线程池中的一个线程来调用我们的回调函数
  

• 显示的控制工作项
  
  
  
  
  • 在某些情况下，比如内存不足或配额限制，TrySubmitThreadpoolCallback 调用可能会失败。比如在创建一个计时器的时候和计时器设定的时间到的时候，可用的内存或配额的情况与创建定时器的时候可能并不相同，因此TrySubmitThreadpoolCallback有可能失败。在这种情况先，我们必须在创建定时器的同时就创建一个工作项对象，并一直持有它，知道我们需要显示的将该工作项提交到线程池中为止
    

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg

• 该函数会在用户模式内存中创建一个结构来保存它的三个参数，并返回指向该结构的指针（PTP_WORK）
• pfnwk：是一个函数指针，当线程池中的线程最终对工作项进行处理的时候，会调用该函数指针指向的函数。pv：可以是需要传给回调函数的任意
  
  
  
  
  • 必须符合下列函数原型：
    

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg

• 向线程池提交一个请求的时候，可以调用SubmitThreadpoolWork函数
• 如果我们有另一个线程，该线程想要取消已经提交的工作项，或者该线程由于要等待工作项处理完毕而需要将自己挂起，那么可以调用下面的函数
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg

• 第二个参数传TRUE，那么该函数会试图取消先前提交的那个工作项。传FALSE，那么该函数会将调用线程挂起，直到指定工作项的处理已经完成
  

• 不在需要一个工作项的时候，我们应该调用CloseThreadpoolWork并在它唯一的参数中传入指向该工作项的指针
  

3、情形2：每隔一段时间调用一个函数

• 为了将一个工作项安排在某个时间执行，我们必须定义一个回调函数，它的函数原型如下：
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg

• 然后调用下面的函数来通知线程池应该在何时调用我们的函数
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.jpg

• 当我们想要向线程池注册计时器的时候，应该调用SetThreadpoolTimer函数
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.jpg

• 在设置了计时器之后，我们还可以通过调用SetThreadpoolTimer并在pTimer参数中传入先前设置的计时器指针，对已有的计时器进行修改，重新传NULL给pftDueTime，这等于是告诉线程池停止调用我们的TimerCallback函数
  

• 我们可以调用IsThreadpoolTimerSet来确定某个计时器是否已经被设置
  
  
  
  
  • 我们可以通过调用WaitForThreadpoolTimerCallbacks来让线程等待一个计时器完成，还可以通过调用CloseThreadpoolTimer函数来释放计时器的内存
    

4、情形3：在内核对象触发时调用一个函数

• 如果想要注册一个工作项，让他在一个内核对象被触发的时候执行。首先，编写一个符合下面的原型的函数：
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.jpg

• 回调函数被调用的原因：
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.jpg

• 通过调用CreateThreadpoolWait来创建一个线程池等待对象
  
  
  
  
  • 当创建完成后，我们调用SetThreadpoolWait函数来将一个内核对象绑定到这个线程池：
    

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.jpg

• 当内核对象被触发，等待时间到或超时，会导致线程池中的某个线程调用我们的WaitCallback函数。线程池在内部会让一个线程调用WaitForMultipleObjects函数，传入通过SetThreadpoolWait函数注册的一组句柄，并传FALSE给bWaitAll参数。这样当任何一个句柄被触发的时候，线程池就会被唤醒，WaitForMultipleObjects一次最多只能等待64个句柄
  

• 我们可以通过调用WaitForThreadpoolWaitCallbacks函数来等待一个等待项完成，我们还可以通过调用CloseThreadpoolWait函数来释放一个等待项的内存
  

5、情形4：在异步I/O请求完成时调用一个函数

• 当发往文件/设备的异步I/O请求完成时，应该调用一个符合下列原型的函数
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.jpg

• 当一个I/O操作完成的时候，这个函数会被调用并得到一个指向OVERLAPPED结构的指针，这个指针是我们在调用ReadFile或WriteFile来发出I/O请求的时候传入，IoResult会得到操作的结果，如果I/O成功，那么该参数为NO_ERROR，NumberOfBytesTransferred得到已传输字节数，pIo：传入的是一个指向线程池I/O项的指针
• 通过调用CreateThreadpoolIo来创建一个线程池I/O对象，并将我们想要与线程池内部的I/O完成端口相关联的文件/设备句柄，在第一个参数中传入
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.jpg

• 当线程池I/O对象创建完毕后，我们通过下面函数来将嵌入在I/O项中的文件/设备与线程池内部的I/O完成端口关联起来
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.jpg

• 注意，在每次调用ReadFile和WriteFile之前，我们必须调用StartThreadpoolIo，如果没有调用，回调函数将不会执行
  

如果想在发出I/O请求之后让线程池停止调用我们的回调函数，我们可以调用下面的函数：file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.jpg

• 当文件/设备的使用完成后，我们应该调用CloseHandle来将其关闭，并调用下面函数来解除它与线程池的关联：
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.jpg

• 我们还可以调用下面的函数来让另一个线程等待     待处理 的I/O请求 完成：
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image034.jpg

• 第二个参数：指示是否取消尚未开始执行的排队回调
  

6、回调函数的终止操作

• 线程池提供了一种方法，用来描述在我们的回调函数返回之后，应该执行的一些操作。回调函数用传给它的不透明的plnstance参数（其类型为PTP_CALLBACK_INSTANCE)来调用以下这些函数
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image036.jpg

• 正如pInstance参数的名字所暗示的那样，他表示线程当前正在处理的一个工作项、计时器项、等待项或I/O项
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image038.jpg

• 前4个函数为我们提供了一种方式来通知另一个线程，线程池中的线程的工作项已经完成了某项任务。最后一个函数为我们提供了一种方式，让我们可以在回调函数返回的时候将动态链接库（DLL）从内存中卸载。如果回调函数是在一个DLL中实现的，而我们又希望在回调函数完成它的工作之后将DLL从内存中卸载，那么这种方式尤其有用
• 对任何一个回调函数的实例，线程池中的线程只会执行一种终止操作。最后调用的终止函数会覆盖之前调用的那个终止函数
  

• 除了上述的终止函数，还有两个函数可用于回调函数
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image040.jpg

• CallbackMayRunLong函数，更多地是用来通知线程池回调函数的运行时间会比较长。让线程池采用一些操作
• DisassociateCurrentThreadFromCallback函数，回调函数调用它来告诉线程池，逻辑上自己已经完成了工作。这使得任何由于调用WaitForThreadpooIWorkCallbacks等等待函数而被阻塞的线程能够早一些返回
  

7、对线程池进行定制

• 在调用CreateThreadpooIWork等的时候，我们有机会传入一个PTP_CALLBACK_ENVIRON参数。如果传给这个参数的值为NULL，那么我们会将工作项添加到进程默认的线程池中，默认的线程池的配置能够很好地满足大多数应用程序的要求。我们也可以通过将该参数与某个我们创建的线程池相关联，将其传入，将工作项添加到我们创建的线程池中。下面的内容主要介绍如何创建线程池，以及如何将线程池与回调环境相关联
• 我们可以自己调用函数来创建一个新的线程池：
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image042.jpg

• 该函数返回一个PTP_POOL值，表示新创建的线程池，我们可以调用下面的函数来设置线程池中线程的最大数量（500）和最小数量（1）
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image044.jpg

• 在一些少见的情况下，如果要索取信息的线程终止了，那么Windows会取消相关的请求，以RegNotifyChangeKeyValue函数为例，当线程调用这个函数的时候，会传入一个事件句柄，当某些注册表的值被修改的时候，Windows会触发该事件。但是，如果调用该函数的线程被终止了，那么Windows将不会再触发该事件
• 只要线程池认为创建或销毁该线程有助于提高性能，他们就会这样做，针对此有两种解决方案：
  
  
  
  
  • 用CreateThread来创建一个专门的线程，这个线程不会终止，它的唯一目的就是调用RegNotifyChangeKeyValue函数
  • 创建一个线程池，并将线程的最小数量和最大数量设为相同的值
    

• 当应用程序不再需要它为自己定制的线程池时，应该调用CloseThreadpool将其销毁。线程池中当前正在处理队列中的项的线程会完成它们的处理并终止。此外，线程池的队列中所有尚未开始处理的项将被取消。
• 一旦我们创建了自己的线程池，并指定了线程的最小数量和最大数量，我们就可以初始化一个回调环境，它包含了一些可应用于工作项的额外的设置或配置
  
  
  
  
  • 线程池回调环境数据结构：
    

typedef struct_TP_CALLBACK_ENVIRON_V3  {          TP_VERSION                         Version;          PTP_POOL                           Pool;          PTP_CLEANUP_GROUP                  CleanupGroup;          PTP_CLEANUP_GROUP_CANCEL_CALLBACK  CleanupGroupCancelCallback;          PVOID                              RaceDll;          struct_ACTIVATION_CONTEXT        *ActivationContext;          PTP_SIMPLE_CALLBACK                FinalizationCallback;          union{                  DWORD                          Flags;                  struct{                          DWORD                      LongFunction :1;                          DWORD                      Persistent   :1;                          DWORD                      Private      :30;                  }s;          }u;          TP_CALLBACK_PRIORITY               CallbackPriority;          DWORD                              Size;  }TP_CALLBACK_ENVIRON_V3;     typedef TP_CALLBACK_ENVIRON_V3  TP_CALLBACK_ENVIRON, *PTP_CALLBACK_ENVIRON;

• 为了对这个数据结构进行初始化，我们应该首先调用下面的函数
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image046.jpg

• 当我们不再需要使用线程池回调环境的时候，我们应该调用DestroyThreadpoolEnvironment来对它进行清理
  

• 为了将一个工作项添加到线程池的队列中，回调环境必须注明该工作项由哪个线程池来处理。我们可以调用SetThreadpoolCallbackPool并传给他一个PTP_POOL值，来指定一个特定的线程池
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image048.jpg

• 当我们不调用该函数，那么TP_CALLBACK_ENZVIRON的Pool字段会一直为NULL，当用这个回调环境来添加工作项的时候，工作项会被添加到进程默认的线程池
  

8、得体的销毁线程池：清理组

• 为了帮助我们对线程池进行得体的清理，线程池提供了清理组。下面讨论的内容不适用于默认的线程池，默认的线程池的生命期与进程相同，在进程终止的时候，Windows会将其销毁并负责所有的清理工作
• 我们知道TR_CALLBACK_ENVIRON结构可以用来将队列添加到我们的私有线程池。为了得体的销毁私有线程池，我们需要通过调用CreateThreadpoolCleanupGroup来创建一个清理组，之后通过调用SetThreadpoolCallbackCleanupGroup，将这个清理组与一个已经绑定到线程池的TP_CALLBACK_ENVIRON结构关联起来，并可通过该函数传参设置一个回调函数（有原型），如果清理组被取消，那么这个回调函数会被调用
  
  
  
  
  • 每当我们调用CreateThreadpoolWork，CreateThreadpoolTimer等的时候，如果最后那个参数，即指向PTP_CALLBACK_ENVIRON结构的指针，不等于NULL，那么所创建的项会被添加到对应的回调环境的清理组中，其目的是为了表示有线程池中又添加了一项，需要潜在的清理。在这些队列项完成后，如果我们调用CloseThreadpoolWork，CloseThreadpoolTimer，CloseThreadpoolWait和CloseThreadpoolIo，那等于是隐式地将对应的项从清理组中移除。
    
• 当我们想要销毁线程池的时候，可以调用下面函数，fCancelPendingCallbacks     传TRUE这样会将所有已提交但尚未处理的工作项直接取消，函数会在所有当前正在运行的工作项完成之后返回，并调用SetThreadpoolCallbackCleanupGroup设置的回调函数。传FALSE，在返回之前，线程池会花时间处理队列中所有剩余的项，这种情况下我们设置的     清理组回调函数绝对不会被调用
  

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image050.jpg

• 所有的工作项被取消或处理之后，我们再调用CloseThreadpoolCleanupGroup来释放清理组所占用的资源
  

Hmily

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