根據以下方案分配線程的最有效方法是什麼？

Question

我可以在任何時候同時運行最多5個線程，它使用5個獨立硬件來加速一些複雜計算的計算並返回結果。每個硬件的API（僅包含一種方法）不是線程安全的，只能在任何時間點在單個線程上運行。一旦計算完成，相同的線程可以重新用於根據可用性在相同或不同的硬件上啓動另一個計算。每個計算都是獨立的，不依賴於其他計算的結果。因此，最多5個線程可以按任意順序完成其執行。

什麼是最高效的C＃（使用.Net Framework 2.0）編碼解決方案，用於跟蹤哪些硬件是空閒/可用的，並將線程分配給適當的硬件API以執行計算？請注意，除了限制5個併發運行的線程外，我無法控制線程何時或如何被觸發。

如果我錯了，請更正我的錯誤，但無鎖解決方案是首選，因爲我相信這會提高效率和更具可擴展性的解決方案。

另外請注意，這不是功課雖然它聽起來像...

Answer 1

聽起來像是你需要用5個線程，其中每一個放棄硬件線程池一旦完成，並將其添加回一些隊列。這會起作用嗎？如果是這樣，.Net使線程池非常容易。

Answer 2

聽起來很像Sleeping barber problem。我相信標準解決方案就是使用semaphores

Answer 3

無鎖解決方案只有在計算時間非常短時纔有用。

我會爲每個硬件線程創建一個門面，在每個硬件線程中，作業排入隊列並在每次作業結束時調用回調。

喜歡的東西：

public class Job 
{ 
    public string JobInfo {get;set;} 
    public Action<Job> Callback {get;set;} 
} 

public class MyHardwareService 
{ 
    Queue<Job> _jobs = new Queue<Job>(); 
    Thread _hardwareThread; 
    ManualResetEvent _event = new ManualResetEvent(false); 

    public MyHardwareService() 
    { 
     _hardwareThread = new Thread(WorkerFunc); 
    } 

    public void Enqueue(Job job) 
    { 
     lock (_jobs) 
     _jobs.Enqueue(job); 

     _event.Set(); 
    } 

    public void WorkerFunc() 
    { 
     while(true) 
     { 
      _event.Wait(Timeout.Infinite); 
      Job currentJob; 
      lock (_queue) 
      { 
       currentJob = jobs.Dequeue(); 
      } 

      //invoke hardware here. 

      //trigger callback in a Thread Pool thread to be able 
      // to continue with the next job ASAP 
      ThreadPool.QueueUserWorkItem(() => job.Callback(job)); 

      if (_queue.Count == 0) 
       _event.Reset(); 

     } 
    } 
} 

Answer 4

.NET提供，你可以使用一個線程池。 System.Threading.ThreadPool.QueueUserWorkItem()告訴池中的線程爲你做一些工作。

如果我設計這個，我不會專注於線程映射到您的硬件資源。相反，我會爲每個HW資源公開一個可鎖定的對象 - 這可以簡單地是一個數組或5個對象的隊列。然後，對於您的每一位計算，請撥打QueueUserWorkItem()。在傳遞給QUWI的方法中，找到下一個可用的可鎖定對象並將其鎖定（也就是說，將其解除鎖定）。使用HW資源，然後重新排列對象，退出QUWI方法。

無論你打電話給QUWI多少次，最多可鎖定5個鎖，每個鎖都可以訪問您的特殊硬件設備的一個實例。

doc page for Monitor.Enter()顯示瞭如何創建一個可以被多個工作人員訪問的安全（阻塞）隊列。在.NET 4.0中，你會使用the builtin BlockingCollection - 這是一回事。

這基本上是你想要的。除了不要撥打Thread.Create()。使用線程池。

舉：Advantage of using Thread.Start vs QueueUserWorkItem

---

// assume the SafeQueue class from the cited doc page. 
SafeQueue<SpecialHardware> q = new SafeQueue<SpecialHardware>() 

// set up the queue with objects protecting the 5 magic stones 
private void Setup() 
{ 
    for (int i=0; i< 5; i++) 
    { 
     q.Enqueue(GetInstanceOfSpecialHardware(i)); 
    } 
} 


// something like this gets called many times, by QueueUserWorkItem() 
public void DoWork(WorkDescription d) 
{ 
    d.DoPrepWork(); 

    // gain access to one of the special hardware devices 
    SpecialHardware shw = q.Dequeue(); 
    try 
    { 
     shw.DoTheMagicThing(); 
    } 
    finally 
    { 
     // ensure no matter what happens the HW device is released 
     q.Enqueue(shw); 
     // at this point another worker can use it. 
    } 

    d.DoFollowupWork(); 
}