聊一聊 C#线程池的线程动态注入

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。

1、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。

2、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。

3、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。

1、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}。