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  • [转]异步编程及其同步机制

    .NET下的异步编程及其发展

    任何平台和编程语言都会有多线程的实现机制和方法。对于C#来讲Thread类就是创建线程,管理线程的一种最初始的手段。但是创建和销毁一个线程是很耗费资源的,而且创建的线程越多,线程间切换就越频繁(计算机CPU个数受限),线程切换也要耗费资源和时间,再加上线程管理是一件很费心的事,所以微软就引入了线程池的概念。线程池是一个先进先出FIFO的队列,程序员只需要把操作或者任务丢给线程池,让.NET framework替程序员管理线程,线程复用等,极大的简化了开发。这里就有一个控制线程池内线程数量的问题。线程池内的线程肯定得根据需要动态变化,但适应这种需要的算法是什么呢?

              一个简单的算法:往线程池中增加一些线程,观察线程池的吞吐量,如果增加后吞吐量增加,说明线程不够,需要增加线程。但这存在一个问题,对于一个很大的任务需要长时间占用线程,增加线程并不能增加吞吐量,此时如果增加线程会加重负担。所以在CLR v4时引入了本地队列(Local  Queue)的概念,如果一个线程内创建了另一个线程,新创建的线程不再丢给全局队列,而是给本地队列排队等候调用。这就又有个问题,如果一个队列内任务执行完了,而另一个队列还有好多怎么办?那就让执行完任务的本地队列从该队列上“偷“一个线程执行。这样达到负载均衡。当然线程池的算法会随着CLR版本升级而不断演进,更加智能的管理线程。对普通开发者而言可以不用考虑这些细节,无缝的体验线程池带来的便利和效率就行了。                  

           线程池如此方便,我们怎么使用线程池呢?可以通过以下几种方式:

    • 通过类方法ThreadPool.QueueUserWorkItem直接调用。
    • 通过.net Framework 4.0 引入的TPL(Task Parallel Library)任务并行库。

             TPL中最主要的两个类是Task和Parallel。而新版C++标准中也引入了类似的概念parallel_for, parallel_foreach, parallel_invoke等。

             详细信息见以下链接。

    • 通过异步委托(BeginInvoke/EndInvoke)调用。

    通过BackgroundWorker, BackgroundWorker是WinForm, WPF下的一个控件,主要用于提供UI控件下的协作式取消,进度报告等。

    NET线程同步机制及线程间数据封送

            首先.Net的同步机制是干什么的?概况来讲是为了安全。同步机制的存在是因为异步操作是不安全的,会带来一系列的问题,这些问题在第一章节中已经讨论过了。而线程间数据封送和COM与.Net framework数据封送一样,是为了线程间数据和状态的传递。

    那么.net的同步机制有哪些呢?概括一下:

    1.   简单的锁定方法:Thead类的Sleep, Join等以及Task的Wait方法。
    2.   基于对象的锁定:

                     lock(Monitor.Enter/Monitor.Exit):首先强调一下它不可以跨进程间线程同步。一般跨进间线程同步都有一个特征,就是同步对象都有名字。

                     Mutex和Semophore(slim):这两个都可以跨进程同步,两者的区别在于:Mutex只能有一等待资源,而Semophore可以有多个。拿厕所举例,Mutex相当于厕所中只有一个蹲位,只能一个上了才能上另一个,而Semophore可以有多个蹲位,可以让多个线程同时阻塞一个线程的执行。就是n个哥们一起蹲着,又来一哥们,然后这n个哥们就占着那啥不那啥。

                     Reade/Writer 锁。

         3.基于信号

                    事件等待句柄AutoResetEvent, ManualResetEvent(Slim):注意这两个也是允许跨进程的,两者用法差不多,使一个线程释放一个信号从而使得其他线程能够执行。

                    CountdownEvent(4.0被引入):这个和上边用法正好相反,它使得一个线程等待收到其他线程的信号后再执行。

                    Barrier

                    Wait and pulse

         4. 非阻塞的同步结构

                    Thread.MemoryBarrier

                    Thread.VolatileRead/Write

                    Interlocaked 

    异步模式

        什么需要异步模式?所谓模式,其实是一种方法,就跟上篇博客里所讲的,是从工程实践中总结出来的解决相似或特定问题的一种惯用手段。常见的异步模式包括:

          APM模式: BeginXXX/EndXXX, IAsyncResult

          EAP模式(基于事件的异步模式)

               Windows Form

               MethodNameAsync

               Event

         TAP(基于任务的异步模式)

               MethodNameAsync

               Task/Task<Result>

         这部分内容以下链接讲得很好了,感兴趣可以看一下。更详尽的介绍去MSDN或者官方网站上去找相似的文档。

    线程安全及异常处理

       新线程中抛出的异常会不会自动封送到主线程中?如何处理新线程中抛出的异常?什么是线程安全?怎样做到线程安全?

    线程取消

       正在执行的线程怎么能不能取消,怎么取消合适?暴力取消?协作式取消?

    C#5.0新的异步模式Async和await关键字

       请参考我以前的博客:http://www.cnblogs.com/salomon/archive/2012/06/27/2565862.html

         后几章内容实在写不下去了,先提出问题,以后再补上吧。另外关于讲座PPT视频的内容,不知道原作者是否乐意分享,征得他本人同意后我会附上链接。

    References

    http://www.albahari.com/threading/(详尽的C#线程介绍)

    http://www.danielmoth.com/Blog/New-And-Improved-CLR-4-Thread-Pool-Engine.aspx(线程池介绍)

    http://www.codeproject.com/Articles/152765/Task-Parallel-Library-1-of-n(TPL的介绍)

    http://www.cnblogs.com/scy251147/archive/2012/03/03/2378477.html(异步模式介绍)

    http://www.codeproject.com/Articles/80825/Concurrency-Runtime-in-Visual-C-2010(C++中的并行库)

    http://www.cnblogs.com/yuyijq/archive/2011/02/20/1958925.html

    http://www.cnblogs.com/yuyijq/archive/2011/02/22/1960273.html

    http://www.cnblogs.com/Zhouyongh/archive/2009/08/31/1557126.html

    http://www.cnblogs.com/zhouyongh/archive/2011/01/12/1933414.html

    原文出处:http://www.cnblogs.com/salomon/archive/2012/06/28/2567339.html

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/xiepeixing/p/3185978.html
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