5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第五天 多執行緒程式設計大總結

雲霏霏發表於2014-11-26
C#並行執行緒程式設計

5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計系列文章目錄

5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第一天 認識Parallel

5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第二天 並行集合和PLinq

5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第三天 認識和使用Task

5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第四天 Task進階

5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第五天 多執行緒程式設計大總結

 

 一、多執行緒帶來的問題

1、死鎖問題 

　　前面我們學習了Task的使用方法，其中Task的等待機制讓我們瞬間愛上了它，但是如果我們在呼叫Task.WaitAll方法等待所有執行緒時，如果有一個Task一直不返回，會出現什麼情況呢？當然，如果我們不做出來的話，程式會一直等待下去，那麼因為這一個Task的死鎖，導致其他的任務也無法正常提交，整個程式"死"在那裡。下面我們來寫一段程式碼，來看一下死鎖的情況：

         var t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 1 Start running...");
                while(true)
                {
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }
                Console.WriteLine("Task 1 Finished!");
            });
            var t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 2 Start running...");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("Task 2 Finished!");
            });
            Task.WaitAll(t1,t2);

這裡我們建立兩個Task，t1和t2，t1裡面有個while迴圈，由於條件一直為TRUE，所以他永遠也無法退出。執行程式，結果如下：

可以看到Task2完成了，就是遲遲等不到Task1，這個時候我們按回車是沒有反應的，除非關掉視窗。如果我們在專案中遇到這種情況是令人很糾結的，因為我們也不知道到底發生了什麼，程式就是停在那裡，也不報錯，也不繼續執行。

那麼出現這種情況我們該怎麼處理呢？我們可以設定最大等待時間，如果超過了等待時間，就不再等待，下面我們來修改程式碼，設定最大等待時間為5秒(專案中可以根據實際情況設定)，如果超過5秒就輸出哪個任務出錯了，程式碼如下：

           Task[] tasks = new Task[2];
            tasks[0] = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 1 Start running...");
                while(true)
                {
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }
                Console.WriteLine("Task 1 Finished!");
            });
           tasks[1] = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 2 Start running...");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("Task 2 Finished!");
            });
            
            Task.WaitAll(tasks,5000);
            for (int i = 0; i < tasks.Length;i++ )
            {
                if (tasks[i].Status != TaskStatus.RanToCompletion)
                {
                    Console.WriteLine("Task {0} Error!",i + 1);
                }
            }
            Console.Read();

這裡我們將所有任務放到一個陣列裡面進行管理，呼叫Task.WaitAll的一個過載方法，第一個引數是Task[]資料,第二個引數是最大等待時間，單位是毫秒，這裡我們設定為5000及等待5秒鐘，就繼續向下執行。下面我們遍歷Task陣列，通過Status屬性判斷哪些Task沒有完成，然後輸出錯誤資訊。

 

2、SpinLock(自旋鎖)

　　 我們初識多執行緒或者多工時，第一個想到的同步方法就是使用lock或者Monitor，然而在4.0 之後微軟給我們提供了另一把利器——spinLock，它比重量級別的Monitor具有更小的效能開銷，它的用法跟Monitor很相似，VS給的提示如下：

下面我們來寫一個例子看一下，程式碼如下(關於lock和Monitor的用法就不再細說了，網上資料很多，大家可以看看)：

          SpinLock slock = new SpinLock(false);
            long sum1 = 0;
            long sum2 = 0;
            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                sum1 += i;
            });

            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                bool lockTaken = false;
                try
                {
                    slock.Enter(ref lockTaken);
                    sum2 += i;
                }
                finally
                {
                    if (lockTaken)
                        slock.Exit(false);
                }
            });

            Console.WriteLine("Num1的值為:{0}", sum1);
            Console.WriteLine("Num2的值為:{0}", sum2);

            Console.Read();

輸出結果如圖：

這裡我們使用了Parallel.For方法來做演示，Parallel.For用起來方便，但是在實際開發中還是儘量少用，因為它的不可控性太高，有點簡單粗暴的感覺，可能帶來一些不必要的"麻煩",最好還是使用Task，因為Task的可控性較好。

slock.Enter方法，解釋如下：

 

3、多執行緒之間的資料同步

　　多執行緒間的同步，在用thread的時候，我們常用的有lock和Monitor，上面剛剛介紹了.Net4.0中一個新的鎖——SpinLock(自旋鎖)，實際上，我們還可以將任務分成多塊，由多個執行緒一起執行，最後合併多個執行緒的結果，如：求1到100的和，我們分10個執行緒，分別求1~10，......，90~100的和，然後合併十個執行緒的結果。還有就是使用執行緒安全集合，可參加第二天的文章。其實Task的同步機制做已經很好了，如果有特殊業務需求，有執行緒同步問題，大家可一起交流~~

 

 二、Task和執行緒池之間的抉擇

　　我們要說的task的知識也說的差不多了，接下來我們開始站在理論上了解下“執行緒池”和“任務”之間的關係，我們要做到知其然，還要知其所以然。不管是說執行緒還是任務，我們都不可避免的要討論下執行緒池，然而在.net 4.0以後，執行緒池引擎考慮了未來的擴充套件性，已經充分利用多核微處理器架構，只要在可能的情況下，我們應該儘量使用task，而不是執行緒池。

 　　這裡簡要的分析下CLR執行緒池，其實執行緒池中有一個叫做“全域性佇列”的概念，每一次我們使用QueueUserWorkItem的使用都會產生一個“工作項”，然後“工作項”進入“全域性佇列”進行排隊，最後執行緒池中的的工作執行緒以FIFO(First Input First Output)的形式取出,這裡值得一提的是在.net 4.0之後“全域性佇列”採用了無鎖演算法，相比以前版本鎖定“全域性佇列”帶來的效能瓶頸有了很大的改觀。那麼任務委託的執行緒池不光有“全域性佇列”，而且每一個工作執行緒都有”區域性佇列“。我們的第一反應肯定就是“區域性佇列“有什麼好處呢？這裡暫且不說，我們先來看一下執行緒池中的任務分配，如下圖：

執行緒池的工作方式大致如下，執行緒池的最小執行緒數是6，執行緒1~3正在執行任務1~3，當有新的任務時，就會向執行緒池請求新的執行緒，執行緒池會將空閒執行緒分配出去，當執行緒不足時，執行緒池就會建立新的執行緒來執行任務，直到執行緒池達到最大執行緒數(執行緒池滿)。總的來說，只有有任務就會分配一個執行緒去執行,當FIFO十分頻繁時，會造成很大的執行緒管理開銷。

　　下面我們來看一下task中是怎麼做的,當我們new一個task的時候“工作項”就會進去”全域性佇列”，如果我們的task執行的非常快，那麼“全域性佇列“就會FIFO的非常頻繁，那麼有什麼辦法緩解呢？當我們的task在巢狀的場景下，“區域性佇列”就要產生效果了，比如我們一個task裡面有3個task，那麼這3個task就會存在於“區域性佇列”中，如下圖的任務一，裡面有三個任務要執行，也就是產生了所謂的"區域性佇列"，當任務三的執行緒執行完成時，就會從任務一種的佇列中以FIFO的形式"竊取"任務執行，從而減少了執行緒管理的開銷。這就相當於，有兩個人，一個人幹完了分配給自己的所有活，而另一個人卻還有很多的活，閒的人應該接手點忙的人的活，一起快速完成。

　　從上面種種情況我們看到，這些分流和負載都是普通ThreadPool.QueueUserWorkItem所不能辦到的，所以說在.net 4.0之後，我們儘可能的使用TPL，拋棄ThreadPool。

 

這是5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計系列的最後一篇了，當然還有很多東西沒說到，如果真的想要玩轉多執行緒，還是要多多努力學習的。大家在學習過程中有什麼問題可以一起交流~~

 

如果大家感覺我的博文對大家有幫助，請推薦支援一把，給我寫作的動力。

 

 作者：雲霏霏

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