在VS中利用BackgroundWorker类来实现“仿线程池”

在VS编程中，一般遇到比较耗时的操作的时候（例如：从网络上下载文档，文件的IO操作等），如果采用一般的做法，主线程会一直等待操作完成，会遇到界面假死的问题。故在此情况下，合理的做法是采用异步操作和多线程操作。异步操作可以在另开一个线程执行耗时的操作，在主线程上是不等返回，直接操作下一步，从而解决了界面假死的情况。不过，由于异步操作是新开了一个线程，在新开的线程里操作界面元素的时候（例如：在下载文档时显示进度，修改界面上的进度条的数值），会抛出一个线程安全的异常。为了解决这个问题，VS提供了BackgroundWorker类，通过内部封装，提供了一个异步操作，同时又能解决线程安全的问题。

BackgroundWorker类提供了二个方法和三个事件来实现异步操作的线程安全的问题。

首先是RunWorkerAsync方法，告诉系统现在要新开一个线程来执行一个异步操作。该方法会引发DoWork事件，在DoWork事件内，执行一个耗时的操作。此时，该事件中的代码是执行在另一个线程中。如果在该事件中，尝试操作主界面上的元素的时候，立马抛出一个线程安全的异常。

那该如何操作主界面的元素呢？在DoWork事件中调用ReportProgress方法，引发ProgressChanged事件，并通过userState参数把参数传递过去。Progresschanged事件是和主界面在一个线程里。在该事件里，根据传递来的参数操作主界面上的元素就不会有线程安全的问题。

在执行完DoWork事件中的代码后，会调用RunWorkerCompleted事件，通知主线程，异步操作已经完成。同样该事件也是和主界面在同一个线程里，也同样能操作主界面的元素而不会引发线程安全的异常。

如果现在有一个任务是下载200个网页。该如何操作？一个接着一个下载，利用类可以解决界面假死和线程安全的问题。不过效率也太低了一点。如果利用多线程同时下载200个网页，那么可能超过系统的负担，造成效率的低下。

“线程池”的概念应运而生。在线程池里准备好一定数量的线程，例如50个线程。以上面的例子，200个下载网页任务。由于只有50个线程。那么50个下载网页任务先执行，剩下的150个下载网页任务先暂时挂起。等到某一个线程执行完任务后，再执行挂起的任务。直到所有的任务都完成。“线程池”的好处是严格控制线程的数量，不给系统造成太大的负担。

根据“线程池”的思想。自己编写了一个类。类的全部代码附在本文的最后。

接下来，阐述一下该类的具体实现。类的名称为clsWorkPool

首先，clsWorkPool类定义一个委托，该委托来完成“工作”。该类只负责“线程池”的实现与调度，不实现具体的工作。故用委托比较合适。委托的定义如下：

Public Delegate Function WorkDelegate(ByVal Param As Object) As Object

类clsWorkPool的构造函数代码如下

Public Sub New(ByVal ThreadCount As Integer)

　　　　_ThreadCount = ThreadCount

　　　　ReDim _BgWorker(ThreadCount - 1)

　　　　Dim I As Integer

　　　　For I = 0 To ThreadCount - 1

　　　　　　_BgWorker(I) = New BackgroundWorker

　　　　　　AddHandler _BgWorker(I).DoWork, AddressOf RunWorkerStart

　　　　　　AddHandler _BgWorker(I).RunWorkerCompleted, AddressOf RunWorkerCompleted

　　　　Next

　　　　_Work = New Queue(Of clsWork)

　　　　_ID = 0

　　　　_HadComplete=0

　　　　_ThreadLock = New Object

　　End Sub

根据传递进来的参数_ThreadCount，来创立“线程池”——BackgroundWorker类的数组。该数组内的数量决定了线程池中线程的数量。_Work是一个队列对象，将暂时不能执行的任务，挂起到队列中，等到有空闲的线程的时候再执行。_ThreadLock是一个线程安全锁。防止多线程操作，修改参数，互相影响。

类clsWorkPool的添加任务的代码

　　Public Function DoWork(ByVal Work As WorkDelegate, ByVal Param As Object) As Integer

　　　　SyncLock _ThreadLock

　　　　　　Dim I As Integer, J As Boolean

　　　　　　_ID += 1

　　　　　　J = False

　　　　　　Dim tWork As New clsWork(Work, Param, _ID)

　　　　　　For I = 0 To _ThreadCount - 1

　　　　　　　　If _BgWorker(I).IsBusy = False Then

　　　　　　　　　　RaiseWorkStart(_BgWorker(I), tWork)

　　　　　　　　　　J = True

　　　　　　　　　　Exit For

　　　　　　　　End If

　　　　　　Next

　　　　　　If J = False Then

　　　　　　　　_Work.Enqueue(tWork)

　　　　　　　　RaiseEvent WorkSuspend(Me, New WorkStartSuspendEventArgs(_ID))

　　　　　　End If

　　　　　　DoWork = _ID

　　　　End SyncLock

　　End Function

由于牵涉到多线程异步操作，故在代码的开始和结束添加线程锁。首先，根据传递进来的参数，生成一个包含任务各种参数的一个类clsWork。然后遍历线程池，看有没有空闲的线程。如果有空闲的线程，调用RaiseWorkStart(_BgWorker(I), tWork)方法，通过空闲的线程来完成任务。在RaiseWorkStart(_BgWorker(I), tWork)方法中，有两句话，一是调用BackgroundWorker类的实例Work的RunWorkerAsync方法，启用辅助线程完成工作；一是引发WorkStart事件，通知主线程该工作已经启动。如果没有空闲的线程，则将该任务添加到队列_Work中，等待空闲的线程，并引发WorkSuspend事件，通知主线程该工作暂时挂起。

在调用Work的RunWorkerAsync方法之后，会引发Work的DoWork的事件，即下面的RunWorkerStart方法，通过调用clsWork类的Work委托的Invoke方法，来完成该任务，并将返回值写回。

　　Private Sub RunWorkerStart(ByVal sender As Object, ByVal e As DoWorkEventArgs)

　　　　Dim T As clsWork = CType(e.Argument, clsWork)

　　　　e.Result = New clsResult(T.ID, T.Work.Invoke(T.Param))

　　End Sub

在执行完上面的函数，会引发Work的RunWorkerCompleted事件，即下面的RunWorkerCompleted方法。

Private Sub RunWorkerCompleted(ByVal sender As Object, ByVal e As RunWorkerCompletedEventArgs)

　　　　SyncLock _ThreadLock

　　　　　　Dim T As clsResult = CType(e.Result, clsResult)

　　　　　　RaiseEvent WorkComplete(Me, New WorkCompleteEventArgs(T.ID, T.Result))

　　　　　　_HadComplete += 1

　　　　　　If _Work.Count > 0 Then

　　　　　　　　Dim tW As BackgroundWorker = CType(sender, BackgroundWorker)

　　　　　　　　If tW.IsBusy = False Then RaiseWorkStart(tW, _Work.Dequeue)

　　　　　　Else

　　　　　　　　If _HadComplete >= _ID Then RaiseEvent AllWorkComplete(Me, New EventArgs)

　　　　　　End If

　　　　End SyncLock

　　End Sub

首先引发WorkComplete事件，告诉主线程，该任务已经完成。将完成的任务数加1。同时，检查挂起的任务数，若还有挂起的任务，则调用RaiseWorkStart方法，重新启动队列中的一个新的任务。若没有挂起的任务，则检查完成的任务数，任务数达到一定的数量，则说明所有的任务都完成了，则引发AllWorkComplete事件。告知主线程，所有的任务都已经完成。

下面举一个例子，来展示该类的实际效果

在Form上，放一个ListBox和Button。代码如下

在按下Button1之后，先初始化线程池中5个线程。然后添加了48个下载网页任务，每个任务调用GetWebString函数，该函数符合Work的委托。由于只有5个线程，故有43个线程被挂起，直到有任务完成后，再执行挂起的任务。

下面，贴二张截图

通过修改线程池的线程数，发现，在不同的线程数下，效果不完全一样。线程为1的时候，此时只有一个辅助线程，和单线程无异，完成48个任务一共耗时88.6秒。线程数为20的时候，效果比较好，完成48个任务一共耗时26.2秒。线程数为50的时候，此时，所有的任务都没有挂起，直接运行。完成这些任务，一共耗时44.1秒，反而不如20个线程的时候，可见，在下载的任务的时候时，线程数不宜过多。

还有一点说明的是，在例子中，48个任务执行的是同一种任务——调用的同一个函数。实际情况是可以调用不同任务——调用不同的函数，只要这些函数满足同一种委托。

附：“线程池”的全部代码。代码格式修正于2012年1月6日