聊一聊 C#线程池 的线程动态注入 (中)
一：背景1. 讲故事
上一篇我们用 Thread.Sleep 的方式演示了线程池饥饿场景下的动态线程注入，可以观察到大概 1s 产生 1~2 个新线程，很显然这样的增长速度扛不住上游请求对线程池的DDOS攻击，导致线程池队列越来越大，但C#团队这么优秀，能优化的地方绝对会给大家尽可能的优化，比如这篇我们聊到的 Task.Result 场景下的注入。
二：Task.Result 角度下的动态注入
1. 测试代码
为了直观的体会到优化效果，先上一段测试代码观察一下。
static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 10000; i++) { ThreadPool.QueueUserWorkItem((idx) => { Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff")} -> {idx}: 这是耗时任务"); 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(); }
从卦象上来看大概1s产生4个新线程，再仔细看的话大概是250ms一个，虽然250不大好听，但不管怎么说确实比 Thread.Sleep 场景下只产生 1~2 个线程要快了好几倍，以终为始，我们再反向的看下这个优化的底层逻辑在哪？
2. 底层逻辑在哪里
还是那句话，千言万语不抵一张图，流程图大概如下：
接下来解释下其中的几个元素。
[*]NotifyThreadBlocked
这是主动通知 GateThread 线程赶紧醒来，通过上一篇的知识大家应该知道 GateThread 会500ms一次被动唤醒，但为了提速不可能再这么干了，需要让人强制唤醒它，修剪后的源码如下：
private bool SpinThenBlockingWait(int millisecondsTimeout, CancellationToken cancellationToken) { var mres = new SetOnInvokeMres(); AddCompletionAction(mres, addBeforeOthers: true); bool notifyWhenUnblocked = ThreadPool.NotifyThreadBlocked(); var returnValue = mres.Wait((int)(millisecondsTimeout - elapsedTimeTicks), cancellationToken); return returnValue; } public bool NotifyThreadBlocked() { GateThread.Wake(this); return true; } public static void Wake(PortableThreadPool threadPoolInstance) { DelayEvent.Set(); }卦中的 DelayEvent.Set(); 正是强制唤醒 GateThread 的 event 事件。
[*]HasBlockingAdjustmentDelayElapsed
GateThread 是注入线程的官方通道，那到底要不要注入线程呢？肯定少不了一些判断，其中一个判断就是当前的延迟周期是否超过了 250ms，这个250ms的阈值最终由 BlockingConfig.MaxDelayMs 变量指定，这是能否调用 CreateWorkerThread方法需要闯的一个关口，参考代码如下：
private static class BlockingConfig { MaxDelayMs =(uint) AppContextConfigHelper.GetInt32Config( "System.Threading.ThreadPool.Blocking.MaxDelayMs", 250, false); } private static void GateThreadStart() { while (true) { bool wasSignaledToWake = DelayEvent.WaitOne((int)delayHelper.GetNextDelay(currentTimeMs)); currentTimeMs = Environment.TickCount; do { previousDelayElapsed = delayHelper.HasBlockingAdjustmentDelayElapsed(currentTimeMs, wasSignaledToWake); if (pendingBlockingAdjustment == PendingBlockingAdjustment.WithDelayIfNecessary && !previousDelayElapsed) { break; } uint nextDelayMs = threadPoolInstance.PerformBlockingAdjustment(previousDelayElapsed); } while (false); } } public bool HasBlockingAdjustmentDelayElapsed(int currentTimeMs, bool wasSignaledToWake) { if (!wasSignaledToWake && _adjustForBlockingAfterNextDelay) { return true; } uint elapsedMsSincePreviousBlockingAdjustmentDelay = (uint)(currentTimeMs - _previousBlockingAdjustmentDelayStartTimeMs); return elapsedMsSincePreviousBlockingAdjustmentDelay >= _previousBlockingAdjustmentDelayMs; }从上面的代码可以看到一旦 previousDelayElapsed =false 就直接 break 了，不再调用PerformBlockingAdjustment 方法来闯第二个关口。
[*]PerformBlockingAdjustment
一旦满足了250ms阈值之后，接下来就需要观察ThreadPool当前的负载能力，由内部的 ThreadCounts 提供支持，比如 NumProcessingWork 表示当前线程池正在处理的任务数， NumThreadsGoal 表示线程不要超过此上限值，如果超过了就进入动态注入阶段，参考代码如下：
private struct ThreadCounts { public short NumProcessingWork; public short NumExistingThreads; public short NumThreadsGoal; }有了这个基础之后，接下来再上一段注入线程需要满足的第二个关口。
private static void GateThreadStart() { uint nextDelayMs = threadPoolInstance.PerformBlockingAdjustment(previousDelayElapsed); } private uint PerformBlockingAdjustment(bool previousDelayElapsed) { var nextDelayMs = PerformBlockingAdjustment(previousDelayElapsed, out addWorker); if (addWorker) { WorkerThread.MaybeAddWorkingWorker(this); } return nextDelayMs; } private uint PerformBlockingAdjustment(bool previousDelayElapsed, out bool addWorker) { if (counts.NumProcessingWork >= numThreadsGoal && _separated.numRequestedWorkers > 0) { addWorker = true; } }从卦中代码可以看到，一旦线程池中 处理的任务数 >= 线程上限值，这就表示当前线程池正在满负荷的跑，numRequestedWorkers>0 表示有新任务来了需要线程来处理，所以这两组条件一旦满足，就必须要创建新线程。
3. 如何眼见为实
刚才啰嗦了那么多，那如何眼见为实呢？非常简单，还是用 dnspy 的断点日志功能观察，我们下三个断点。
[*]第一个条件 HasBlockingAdjustmentDelayElapsed 处增加 1.{!wasSignaledToWake}{this._adjustForBlockingAfterNextDelay}, 延迟时间：{currentTimeMs - this._previousBlockingAdjustmentDelayStartTimeMs} ，上一次延迟：{_previousBlockingAdjustmentDelayMs}。
[*]第二个条件 PerformBlockingAdjustment 处增加 2. 正在处理任务数：{threadCounts.NumProcessingWork} ，合适线程数：{num}，是否要新增线程：{this._separated.numRequestedWorkers>0} 。
[*]线程创建 WorkerThread.CreateWorkerThread 处增加 3.已成功创建线程。
最后把程序跑起来，观察 output窗口 的结果，非常清爽，吉卦。
三：总结
采用主动通知的方式唤醒GateThread可以让每秒线程注入数由原来的 1~2 个提升到 4 个，虽然有所优化，但面对上游洪水猛兽般的请求，很显然也是杯水车薪，最终还是酿成了线程饥饿的悲剧，下一篇我们继续研究如何让线程注入的快一点，再快一点。。。
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