淺談C#多線程下的調(diào)優(yōu)
一、原子操作
先看一段問題代碼
/// <summary>
/// 獲取自增
/// </summary>
public static void GetIncrement()
{
long result = 0;
Console.WriteLine("開始計(jì)算");
//10個(gè)并發(fā)執(zhí)行
Parallel.For(0, 10, (i) =>
{
for (int j = 0; j < 10000; j++)
{
result++;
}
});
Console.WriteLine("結(jié)束計(jì)算");
Console.WriteLine($"result正確值應(yīng)為：{10000 * 10}");
Console.WriteLine($"result 現(xiàn)值為：{result}");
Console.ReadLine();
}
這是多線程下，result的值不同步的原因。
1.基于Lock實(shí)現(xiàn)
平時(shí)大家用的最多的應(yīng)該就是加鎖了，同一時(shí)間，只有一個(gè)線程進(jìn)入代碼塊。
實(shí)現(xiàn)代碼：
private static Object _obj = new object();
/// <summary>
/// 原子操作基于Lock實(shí)現(xiàn)
/// </summary>
public static void AtomicityForLock()
{
long result = 0;
Console.WriteLine("開始計(jì)算");
//10個(gè)并發(fā)執(zhí)行
Parallel.For(0, 10, (i) =>
{
//lock鎖
lock (_obj)
{
for (int j = 0; j < 10000; j++)
{
result++;
}
}
});
Console.WriteLine("結(jié)束計(jì)算");
Console.WriteLine($"result正確值應(yīng)為：{10000 * 10}");
Console.WriteLine($"result 現(xiàn)值為：{result}");
Console.ReadLine();
}結(jié)果：
2.基于CAS實(shí)現(xiàn)
CAS是一種有名的無鎖算法。無鎖編程，即不適用鎖的情況下實(shí)現(xiàn)多線程之間的變量同步，也就是在沒有線程被阻塞的情況下實(shí)現(xiàn)變量的同步。
CAS在.NET中的實(shí)現(xiàn)類是Interlocked，內(nèi)部提供很多原子操作的方法，最終都是調(diào)用Interlocked.CompareExchange(ref out,更新值，期望值) //基于內(nèi)存屏障的方式操作 （七個(gè)步驟）
說到線程安全，不要一下子就想到加鎖，尤其是可能會調(diào)用頻繁或者是要求高性能的場合。
- CAS（Compare And Swap）比較并替換，是線程并發(fā)運(yùn)行時(shí)用到的一種技術(shù)
- CAS是原子操作，保證并發(fā)安全，而不能保證并發(fā)同步
- CAS是CPU的一個(gè)指令（需要JNI調(diào)用Native方法，才能調(diào)用CPU的指令）
- CAS是非阻塞的、輕量級的樂觀鎖
CAS的適用場景
讀多寫少：如果有大量的寫操作，CPU開銷可能會過大，因?yàn)闆_突失敗后會不斷重試（自旋），這個(gè)過程中會消耗CPU
單個(gè)變量原子操作：CAS機(jī)制所保證的只是一個(gè)變量的原子操作，而不能保證整個(gè)代碼塊的原子性，比如需要保證三個(gè)變量共同進(jìn)行原子性的更新，就不得不使用悲觀鎖了
Interlocked主要函數(shù)如下：
Interlocked.Increment 原子操作，遞增指定變量的值并存儲結(jié)果。
Interlocked.Decrement 原子操作，遞減指定變量的值并存儲結(jié)果。
Interlocked.Add 原子操作，添加兩個(gè)整數(shù)并用兩者的和替換第一個(gè)整數(shù)
Interlocked.Exchange 原子操作，賦值
Interlocked.CompareExchange(ref a, b, c); 原子操作，a參數(shù)和c參數(shù)比較， 相等b替換a，不相等不替換。方法返回值始終是第一個(gè)參數(shù)的原值，也就是內(nèi)存里的值
用Interlocked.Increment實(shí)現(xiàn)上面自增功能
代碼：
/// <summary>
/// 自增CAS實(shí)現(xiàn)
/// </summary>
public static void AtomicityForInterLock()
{
long result = 0;
Console.WriteLine("開始計(jì)算");
Parallel.For(0, 10, (i) =>
{
for (int j = 0; j < 10000; j++)
{
//自增
Interlocked.Increment(ref result);
}
});
Console.WriteLine($"結(jié)束計(jì)算");
Console.WriteLine($"result正確值應(yīng)為：{10000 * 10}");
Console.WriteLine($"result 現(xiàn)值為：{result}");
Console.ReadLine();
}結(jié)果：
Interlocked下原子操作的方法最終都是調(diào)用Interlocked.CompareExchange(ref a, b, c)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在我們利用CompareExchange自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)原子操作功能
實(shí)現(xiàn)“一個(gè)變量自增到10000，然后又初始化到1開始自增的功能“
代碼：
/// <summary>
/// 基于CAS原子操作自己寫
/// </summary>
public static void AtomicityForMyCalc()
{
long result = 0;
Console.WriteLine("開始計(jì)算");
Parallel.For(0, 10, (i) =>
{
long init = 0;
long incrementNum = 0;
for (int j = 0; j < 10000; j++)
{
do
{
init = result;
incrementNum = result + 1;
incrementNum= incrementNum > 10000 ? 1 : incrementNum; //自增到10000后初始化成1
}
//如果result=init,則result的值被incrementNum替換,否則result不變,返回的是result的原始值
while (init != Interlocked.CompareExchange(ref result, incrementNum, init));
if(incrementNum==10000)
{
Console.WriteLine($"自增到達(dá)10000啦!值被初始化為1");
}
}
});
Console.WriteLine($"結(jié)束計(jì)算");
Console.WriteLine($"result正確值應(yīng)為：{10000}");
Console.WriteLine($"result 現(xiàn)值為：{result}");
Console.ReadLine();
}結(jié)果：
3.自旋鎖SpinLock
自旋鎖（spinlock）：
是指當(dāng)一個(gè)線程在獲取鎖的時(shí)候，如果鎖已經(jīng)被其它線程獲取，那么該線程將循環(huán)等待，然后不斷的判斷鎖是否能夠被成功獲取，直到獲取到鎖才會退出循環(huán)。
什么情況下使用自旋鎖：
自旋鎖非常有助于避免阻塞，但是如果預(yù)期有大量阻塞，由于旋轉(zhuǎn)過多，您可能不應(yīng)該使用自旋鎖。當(dāng)鎖是細(xì)粒度的并且數(shù)量巨大（例如鏈接的列表中每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)鎖）時(shí)以及鎖保持時(shí)間總是非常短時(shí)，旋轉(zhuǎn)可能非常有幫助。
短時(shí)間鎖定的情況下，自旋鎖（spinlock）更快。（因?yàn)樽孕i本質(zhì)上不會讓線程休眠，而是一直循環(huán)嘗試對資源訪問，直到可用。所以自旋鎖線程被阻塞時(shí)，不進(jìn)行線程上下文切換，而是空轉(zhuǎn)等待。對于多核CPU而言，減少了切換線程上下文的開銷，從而提高了性能。）如果機(jī)器單核或鎖定時(shí)間長的要避免使用，因?yàn)檎加兄壿嫼诵臅?dǎo)致其他的線程也不可用。
SpinLock和Lock的區(qū)別：
SpinLock，自旋鎖。嘗試獲取該鎖的線程持續(xù)不斷的check是否可以獲得。此時(shí)線程仍然是激活狀態(tài)，只是在空轉(zhuǎn)，浪費(fèi)cpu而已。但是spinlock避免了線程調(diào)度和上下文切換，如果鎖的時(shí)間極短的話，使用該鎖反而效率會高。
而lock是線程被block了。這將引起線程調(diào)度和上下文切換等行為。
示例：
//創(chuàng)建自旋鎖
private static SpinLock spin = new SpinLock();
public static void Spinklock()
{
Action action = () =>
{
bool lockTaken = false;
try
{
//申請獲取鎖
spin.Enter(ref lockTaken);
//臨界區(qū)
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine($"當(dāng)前線程{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()},輸出:1");
}
}
finally
{
//工作完畢，或者產(chǎn)生異常時(shí)，檢測一下當(dāng)前線程是否占有鎖，如果有了鎖釋放它
//避免出行死鎖
if(lockTaken)
{
spin.Exit();
}
}
};
Action action2 = () =>
{
bool lockTaken = false;
try
{
//申請獲取鎖
spin.Enter(ref lockTaken);
//臨界區(qū)
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine($"當(dāng)前線程{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()},輸出:2");
}
}
finally
{
//工作完畢，或者產(chǎn)生異常時(shí)，檢測一下當(dāng)前線程是否占有鎖，如果有了鎖釋放它
//避免出行死鎖
if (lockTaken)
{
spin.Exit();
}
}
};
//并行執(zhí)行2個(gè)action
Parallel.Invoke(action, action2);
}結(jié)果：
申請鎖下面的臨界區(qū)保證是順序執(zhí)行的，不會因?yàn)槎嗑€程穿插輸出。
4.讀寫鎖ReaderWriterLockSlim
- 讀寫鎖是一個(gè)具有特殊用途的線程鎖，適用于頻繁讀取且讀取需要一定時(shí)間的場景，共享資源的讀取操作通常是可以同時(shí)執(zhí)行的，
- 普通的互斥鎖不管是獲取還是修改操作無法同時(shí)執(zhí)行，如果多個(gè)線程為了讀取操作而獲取互斥鎖，那么同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以執(zhí)行讀取操作，
- 頻繁讀取的場景下會對吞吐量造成影響
- 讀寫鎖把鎖分為讀取鎖和寫入鎖，線程可以根據(jù)對共享資源的操作類型獲取讀取鎖還是寫入鎖，讀取鎖可以被多個(gè)線程同時(shí)獲取，寫入鎖不可以被多個(gè)線程同時(shí)獲取，且讀取鎖和寫入鎖不可以被不同的線同時(shí)獲取。
| 操作 | 讀取鎖狀態(tài) | 寫入鎖狀態(tài) | 獲取鎖是否需要等待 |
|---|---|---|---|
| 獲取讀取鎖 | 未被獲取 | 未被獲取 | 無需等待 |
| 獲取讀取鎖 | 已被其他線程獲取 | 未獲取 | 無需等待 |
| 獲取讀取鎖 | 未被獲取 | 已被其他線程獲取 | 需要等待其他線程釋放 |
| 獲取寫入鎖 | 未被獲取 | 未被獲取 | 無需等待 |
| 獲取寫入鎖 | 已被其他線程獲取 | 未被獲取 | 需要等待其他線程釋放 |
| 獲取寫入鎖 | 未被獲取 | 已被其他線程獲取 | 需要等待其他線程釋放 |
代碼示例：
//讀寫鎖， //策略支持遞歸
private static ReaderWriterLockSlim rwl = new ReaderWriterLockSlim(LockRecursionPolicy.SupportsRecursion);
private static int index = 0;
static void read()
{
try
{
//進(jìn)入讀鎖
rwl.EnterReadLock();
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine($"線程id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},讀數(shù)據(jù),讀到index:{index}");
}
}
finally
{
//退出讀鎖
rwl.ExitReadLock();
}
}
static void write()
{
try
{
//嘗試獲寫鎖
while (!rwl.TryEnterWriteLock(50))
{
Console.WriteLine($"線程id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},等待寫鎖");
}
Console.WriteLine($"線程id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},獲取到寫鎖");
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
index++;
Thread.Sleep(50);
}
Console.WriteLine($"線程id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},寫操作完成");
}
finally
{
//退出寫鎖
rwl.ExitWriteLock();
}
}
/// <summary>
/// 執(zhí)行多線程讀寫
/// </summary>
public static void test()
{
var taskFactory = new TaskFactory(TaskCreationOptions.LongRunning, TaskContinuationOptions.None);
Task[] task = new Task[6];
task[1] = taskFactory.StartNew(write); //寫
task[0] = taskFactory.StartNew(read); //讀
task[2] = taskFactory.StartNew(read); //讀
task[3] = taskFactory.StartNew(write); //寫
task[4] = taskFactory.StartNew(read); //讀
task[5] = taskFactory.StartNew(read); //讀
for (var i=0; i<6; i++)
{
task[i].Wait();
}
}
可以看到，在線程4寫入期間，線程7是等待線程4寫萬再寫，線程7寫期間其它線程也沒有操場，等寫完后，讀的操作是多個(gè)線程交叉的。
適合的場景舉例：
- 多線程寫文件，多線程并發(fā)寫文件時(shí)，會報(bào)資源被占用錯(cuò)誤，用這里的寫鎖就可以獨(dú)占資源寫完再到下一個(gè)線程寫。
- 本地緩存的讀寫操作，幾個(gè)緩存值寫完才能讀出來，防止讀到不完整數(shù)據(jù)。
二、線程安全
1.線程安全集合
BlockingCollection：一個(gè)支持界限和阻塞的容器（線程安全集合），與隊(duì)列結(jié)構(gòu)相似，常用函數(shù)如下
Add ：向容器中插入元素
TryTake：從容器中取出元素并刪除
TryPeek：從容器中取出元素，但不刪除。
CompleteAdding：告訴容器，添加元素完成。此時(shí)如果還想繼續(xù)添加會發(fā)生異常。
IsCompleted：告訴消費(fèi)線程，生產(chǎn)者線程還在繼續(xù)運(yùn)行中，任務(wù)還未完成。
普通用法示例：
/// <summary>
/// 線程安全集合用法
/// </summary>
public static void BC()
{
//線程安全集合
using (BlockingCollection<int> blocking = new BlockingCollection<int>())
{
int NUMITEMS = 10000;
for (int i = 1; i < NUMITEMS; i++)
{
blocking.Add(i);
}
//完成添加
blocking.CompleteAdding();
int outerSum = 0;
// 定義一個(gè)委托方法取出集合元素
Action action = () =>
{
int localItem;
int localSum = 0;
//取出并刪除元素，先進(jìn)先出
while (blocking.TryTake(out localItem))
{
localSum += localItem;
}
//兩數(shù)相加替換第一個(gè)值
Interlocked.Add(ref outerSum, localSum);
};
//并行3個(gè)線程執(zhí)行，多個(gè)線程同時(shí)取集合的數(shù)據(jù)
Parallel.Invoke(action, action, action);
Console.WriteLine($"0+...{NUMITEMS-1} = {((NUMITEMS * (NUMITEMS - 1)) / 2)},輸出結(jié)果：{outerSum}");
//此集合是否已標(biāo)記為已完成添加且為空
Console.WriteLine($"線程安全集合.IsCompleted={blocking.IsCompleted}");
}
}結(jié)果：
限制集合長度示例：
/// <summary>
/// 限制集合長度
/// </summary>
public static void BCLimtLength()
{
//限制集合長度為5個(gè)，后面進(jìn)的會阻塞等集合少于5個(gè)再進(jìn)來
BlockingCollection<int> blocking = new BlockingCollection<int>(5);
var task1= Task.Run(() =>
{
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
blocking.Add(i);
Console.WriteLine($"集合添加:({i})");
}
blocking.CompleteAdding();
Console.WriteLine("完成添加");
});
// 延遲500ms執(zhí)行等待先生產(chǎn)數(shù)據(jù)
var task2 = Task.Delay(500).ContinueWith((t) =>
{
while (!blocking.IsCompleted)
{
var n = 0;
if (blocking.TryTake(out n))
{
Console.WriteLine($"取出:({n})");
}
}
Console.WriteLine("IsCompleted = true");
});
Task.WaitAll(task1, task2);
}結(jié)果：
在BlockingCollection中使用Stack(棧，先進(jìn)后出)示例：
/// <summary>
/// 線程安全集合，先進(jìn)后出
/// </summary>
public static void BCStack()
{
//線程安全集合，參數(shù)表明棧標(biāo)識，隊(duì)列長度為5
BlockingCollection<int> blocking = new BlockingCollection<int>(new ConcurrentStack<int>(), 5);
var task1 = Task.Run(() =>
{
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
blocking.Add(i);
Console.WriteLine($"集合添加:({i})");
}
blocking.CompleteAdding();
Console.WriteLine("完成添加");
});
// 等待先生產(chǎn)數(shù)據(jù)
var task2 = Task.Delay(500).ContinueWith((t) =>
{
while (!blocking.IsCompleted)
{
var n = 0;
if (blocking.TryTake(out n))
{
Console.WriteLine($"取出:({n})");
}
}
Console.WriteLine("IsCompleted = true");
});
Task.WaitAll(task1, task2);
}
一開始入了0-4，從最后的4開始取。
2.線程安全字典
ConcurrentDictionary :這個(gè)比較好理解，普通字典多線程并發(fā)時(shí)添加時(shí)會報(bào)錯(cuò)，而這個(gè)則是線程安全的，不會報(bào)錯(cuò)。
普通字典示例：
//普通字典
private static IDictionary<string, string> Dictionaries { get; set; } = new Dictionary<string, string>();
/// <summary>
/// 字典增加值
/// </summary>
public static void AddDictionaries()
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
//并發(fā)1000個(gè)線程寫
Parallel.For(0, 1000, (i) =>
{
var key = $"key-{i}";
var value = $"value-{i}";
// 不加鎖會報(bào)錯(cuò)
// lock (Dictionaries)
// {
Dictionaries.Add(key, value);
// }
});
sw.Stop();
Console.WriteLine("Dictionaries 當(dāng)前數(shù)據(jù)量為： {0}", Dictionaries.Count);
Console.WriteLine("Dictionaries 執(zhí)行時(shí)間為： {0} ms", sw.ElapsedMilliseconds);
}不加鎖時(shí)結(jié)果：
加鎖后：
線程安全字典示例：
//線程安全字典
private static IDictionary<string, string> ConcurrentDictionaries { get; set; } = new ConcurrentDictionary<string, string>();
/// <summary>
/// 線程安全字典添加值
/// </summary>
public static void AddConcurrentDictionaries()
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
//并發(fā)1000個(gè)線程寫
Parallel.For(0, 1000, (i) =>
{
var key = $"key-{i}";
var value = $"value-{i}";
// 無須加鎖
ConcurrentDictionaries.Add(key, value);
});
sw.Stop();
Console.WriteLine("ConcurrentDictionaries 當(dāng)前數(shù)據(jù)量為： {0}", ConcurrentDictionaries.Count);
Console.WriteLine("ConcurrentDictionaries 執(zhí)行時(shí)間為： {0} ms", sw.ElapsedMilliseconds);
}
可以看到，線程安全字典比普通字典性能略好，且線程安全字典無需加鎖。
三、線程池
1.通過QueueUserWorkItem啟動工作者線程
ThreadPool線程池中有兩個(gè)重載的靜態(tài)方法可以直接啟動工作者線程：
- ThreadPool.QueueUserWorkItem(waitCallback)；
- ThreadPool.QueueUserWorkItem(waitCallback,Object)；
先把WaitCallback委托指向一個(gè)帶有Object參數(shù)的無返回值方法，再使用ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback)就可以一步啟動此方法，此時(shí)異步方法的參數(shù)被視為null。
示例1：
public class ThreadLoopDemo
{
/// <summary>
/// 回調(diào)方法
/// </summary>
/// <param name="obj"></param>
static void CallMethod(object state)
{
Console.WriteLine("RunWorkerThread開始工作");
Console.WriteLine("工作者線程啟動成功!");
}
public static void Test()
{
//工作者線程最大數(shù)目，I/O線程的最大數(shù)目
ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
//啟動工作者線程
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(CallMethod!));
Console.ReadKey();
}
}執(zhí)行Test方法，結(jié)果：
示例2：
使用第二個(gè)重載方法ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,object)方法可以把object對象作為參數(shù)傳送到回調(diào)函數(shù)中。
public class ThreadLoopDemo
{
/// <summary>
/// 回調(diào)方法
/// </summary>
/// <param name="obj"></param>
static void CallMethod(object state)
{
Console.WriteLine("RunWorkerThread開始工作");
Order order=state as Order;
Console.WriteLine($"orderName:{order.orderName},price:{order.price}");
Console.WriteLine("工作者線程啟動成功!");
}
public static void Test()
{
//工作者線程最大數(shù)目，I/O線程的最大數(shù)目
ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
Order order = new Order()
{
orderName = "冰箱",
price = 1888
};
//啟動工作者線程
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(CallMethod!),order);
Console.ReadKey();
}
}
public class Order
{
public string orderName { get; set; }
public decimal price { get; set; }
}執(zhí)行Test方法，結(jié)果：
通過ThreadPool.QueueUserWork啟動工作者線程非常方便，但是WaitCallback委托指向的必須是一個(gè)帶有object參數(shù)的無返回值方法。
線程池還可以重用線程，比喻可以吧線程池大小設(shè)為5個(gè)，去執(zhí)行一批任務(wù)，防止大量創(chuàng)建新線程損耗大量cpu。
所以這個(gè)方法啟動的工作者線程僅僅適合于帶單個(gè)參數(shù)和無返回值的情況。
2.線程池等待（信號量）
ThreadPool并沒有Thread的Join等待接口，那么想讓ThreadPool等待要這么做呢？
ManualResetEvent:通知一個(gè)或多個(gè)正在等待的線程已發(fā)生的事件，相當(dāng)于發(fā)送了一個(gè)信號
mre.WaitOne:卡住當(dāng)前主線程，一直等到信號修改為true的時(shí)候，才會接著往下跑
public class ThreadLoopDemo
{
/// <summary>
/// 執(zhí)行
/// </summary>
public static void Test()
{
//用來控制線程等待,false默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)
ManualResetEvent mre = new ManualResetEvent(false);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(p =>
{
Console.WriteLine("線程1開始");
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine($"線程1結(jié)束，帶參數(shù),{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
//通知線程，修改信號為true
mre.Set();
});
//阻止當(dāng)前線程，直到等到信號為true在繼續(xù)執(zhí)行
mre.WaitOne();
//關(guān)閉線程，相當(dāng)于設(shè)置成false
mre.Reset();
Console.WriteLine("信號被關(guān)閉了");
ThreadPool.QueueUserWorkItem(p =>
{
Console.WriteLine("線程2開始");
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("線程2結(jié)束");
mre.Set();
});
mre.WaitOne();
Console.WriteLine("主線程結(jié)束");
}
}執(zhí)行Test，結(jié)果：
3.Task
Task.Factory.StartNew:創(chuàng)建一個(gè)新的線程，Task的線程也是從線程池中拿的（ThreadPool）,官方建議用Task而不是直接使用ThreadPool，因?yàn)門ask是對ThreadPool的封裝和優(yōu)化。
Task.WaitAny:等待一群線程中的其中一個(gè)完成，這里是卡主線程，一直等到一群線程中的最快的一個(gè)完成，才能繼續(xù)往下執(zhí)行，打個(gè)簡單的比方：從三個(gè)地方獲取配置信息（數(shù)據(jù)庫，config，IO），同時(shí)開啟三個(gè)線程來訪問，誰快誰來執(zhí)行。
Task.WaitAll:等待所有線程完成，這里也是卡主線程，一直等待所有子線程完成任務(wù)，才能繼續(xù)往下執(zhí)行。
Task.WhenAll:等待所有線程完成，這里不卡主線程，一直等待所有子線程完成任務(wù)，才能繼續(xù)往下執(zhí)行。
Task.ContinueWhenAny:回調(diào)形式的，任意一個(gè)線程完成后執(zhí)行的后續(xù)動作，這個(gè)就跟WaitAny差不多，只不是是回調(diào)形式的。
Task.ContinueWhenAll:回調(diào)形式的，所有線程完成后執(zhí)行的后續(xù)動作，理解同上
代碼示例：
public class TaskDemo
{
/// <summary>
/// 一個(gè)比較耗時(shí)的方法,循環(huán)1000W次
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
public static void DoSomething(string name)
{
int iResult = 0;
for (int i = 0; i < 1000000000; i++)
{
iResult += i;
}
Console.WriteLine($"{name},線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff")}"+Environment.NewLine);
}
public static void Test()
{
//線程容器
List<Task> taskList = new List<Task>();
Stopwatch watch = new Stopwatch();
watch.Start();
Console.WriteLine("************任務(wù)開始**************");
//啟動5個(gè)線程
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
string name = $"Task:{i}";
Task task = Task.Factory.StartNew(() =>
{
DoSomething(name);
});
taskList.Add(task);
}
//回調(diào)形式的，任意一個(gè)完成后執(zhí)行的后續(xù)動作
Task any = Task.Factory.ContinueWhenAny(taskList.ToArray(), task =>
{
Console.WriteLine($"ContinueWhenAny,當(dāng)前線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},一個(gè)線程執(zhí)行完的回調(diào)，繼續(xù)執(zhí)行后面動作，{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff")}" + Environment.NewLine);
});
//回調(diào)形式的，全部任務(wù)完成后執(zhí)行的后續(xù)動作
Task all = Task.Factory.ContinueWhenAll(taskList.ToArray(), tasks =>
{
Console.WriteLine($"ContinueWhenAll,當(dāng)前線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},全部線程執(zhí)行完的回調(diào),線程數(shù)：{tasks.Length},{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff")}" + Environment.NewLine);
});
//把兩個(gè)回調(diào)也放到容器里面，包含回調(diào)一起等待
taskList.Add(any);
taskList.Add(all);
//WaitAny:線程等待，當(dāng)前線程等待其中一個(gè)線程完成
Task.WaitAny(taskList.ToArray());
Console.WriteLine($"WaitAny,當(dāng)前線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},其中一個(gè)完成已完成,{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff")}" + Environment.NewLine);
//WaitAll:線程等待，當(dāng)前線程等待所有線程的完成
Task.WaitAll(taskList.ToArray());
Console.WriteLine($"WaitAll，當(dāng)前線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},全部線程完成，{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff")}" + Environment.NewLine);
Console.WriteLine($"************任務(wù)結(jié)束**************耗時(shí)：{watch.ElapsedMilliseconds}ms,{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},{DateTime.Now}");
}
}結(jié)果：
4.線程池調(diào)度原理
根據(jù) TaskCreationOptions 的不同，出現(xiàn)了三個(gè)分支
LongRunning：獨(dú)立線程，和線程池?zé)o關(guān)包含 PreferFairness時(shí)：preferLocal=false，進(jìn)入全局隊(duì)列不包含 PreferFairness時(shí)：preferLocal=ture，進(jìn)入本地隊(duì)列
進(jìn)入全局隊(duì)列的任務(wù)能夠公平地被各個(gè)線程池中的線程領(lǐng)取執(zhí)行。
下圖中 Task1先進(jìn)入全局隊(duì)列，隨后被 Thread1 領(lǐng)走。Thread3 通過 WorkStealing 機(jī)制竊取了 Thread2 中的 Task3。
1、線程任務(wù)1先去到線程池調(diào)度隊(duì)列。
2、線程池隊(duì)列根據(jù)參數(shù)去到公共隊(duì)列或線程的本地隊(duì)列。
3、線程池線程1從公共線程池中取Task1到本地隊(duì)列執(zhí)行
4、Thead3發(fā)現(xiàn)自己的隊(duì)列為空，公共隊(duì)列也為空，會從其它的線程中竊取任務(wù)執(zhí)行。
四、并行
Parallel:是并行編程，在Task的基礎(chǔ)上做了封裝，.NET FrameWork 4.5之后的版本可用，調(diào)用Parallel線程參與執(zhí)行任務(wù)。
與Task區(qū)別: 使用Task開啟子線程的時(shí)候，主線程是屬于空閑狀態(tài)，并不參與執(zhí)行;Parallel開啟子線程的時(shí)候，主線程也會參與計(jì)算
示例1：
/// <summary>
/// 一個(gè)比較耗時(shí)的方法,循環(huán)1000W次
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
public static void DoSomething(string name)
{
int iResult = 0;
for (int i = 0; i < 1000000000; i++)
{
iResult += i;
}
Console.WriteLine($"{name},線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff")}" + Environment.NewLine);
}
public static void Test1()
{
//并行編程
Console.WriteLine($"并行編程開始，主線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Console.WriteLine("【示例1】");
//示例1：
//一次性執(zhí)行1個(gè)或多個(gè)線程，效果類似：Task WaitAll，只不過Parallel的主線程也參與了計(jì)算
Parallel.Invoke(
() => { DoSomething("并行1-1"); },
() => { DoSomething("并行1-2"); },
() => { DoSomething("并行1-3"); },
() => { DoSomething("并行1-4"); },
() => { DoSomething("并行1-5"); });
Console.WriteLine("*************并行結(jié)束************");
Console.ReadLine();
}執(zhí)行Test1結(jié)果：
示例2：
public static void Test2()
{
//并行編程
Console.WriteLine($"并行編程開始，主線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Console.WriteLine("【示例2】");
//示例2：
//定義要執(zhí)行的線程數(shù)量
Parallel.For(0, 5, t =>
{
int a = t;
DoSomething($"并行2-{a}");
});
Console.WriteLine("*************并行結(jié)束************");
Console.ReadLine();
}結(jié)果：
示例3：
public static void Test3()
{
//并行編程
Console.WriteLine($"并行編程開始，主線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Console.WriteLine("【示例3】");
ParallelOptions options = new ParallelOptions()
{
MaxDegreeOfParallelism = 3//執(zhí)行線程的最大并發(fā)數(shù)量,執(zhí)行完成一個(gè)，就接著開啟一個(gè)
};
//遍歷集合，根據(jù)集合數(shù)量執(zhí)行線程數(shù)量
Parallel.ForEach(new List<string> { "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g" }, options, (t, status) =>
{
//status.Break();//這一次結(jié)束。
//status.Stop();//整個(gè)Parallel結(jié)束掉，Break和Stop不可以共存
DoSomething($"并行4-{t}");
});
}結(jié)果：分成3次并行
五、異步IO
1.異步IO于同步IO比較
異步IO在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段不會阻塞主線程，而同步IO則會阻塞主線程。
2.異步讀寫文件
這里使用 FileStream 類，它帶有一個(gè)參數(shù) useAsync，可以避免在許多情況下阻塞線程池的線程?？梢酝ㄟ^ useAsync = true 來進(jìn)行啟用或在構(gòu)造函數(shù)中進(jìn)行參數(shù)調(diào)用。
但是我們不能對 StreamReader 和 StreamWriter 中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。但是，如果你想使用該參數(shù) useAsync，則需要自己新建一個(gè) FileStream 對象。
請注意，異步調(diào)用是在 UI 中的，即使線程池線程阻塞，在 await 期間，用戶界面線程也不會被阻塞。
異步寫入文本
/// <summary>
/// 異步寫入文件
/// </summary>
/// <returns></returns>
public async Task WriteTextAsync()
{
var path = "temp.txt"; //文件名
var content = Guid.NewGuid().ToString(); //寫入內(nèi)容
using (var fs = new FileStream(path, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.None, bufferSize: 4096, useAsync: true))
{
var buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(content);
await fs.WriteAsync(buffer, 0, buffer.Length);
}
}執(zhí)行完查看根目錄文件結(jié)果：
異步讀取文件
/// <summary>
/// 異步讀取文本
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static async Task ReadTextAsync()
{
var fileName = "temp.txt"; //文件名
using (var fs = new FileStream(fileName,
FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Read, FileShare.None, bufferSize: 4096, useAsync: true))
{
var sb = new StringBuilder();
var buffer = new byte[4096];
var readLength = 0;
while ((readLength = await fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length)) != 0)
{
var text = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, readLength);
sb.Append(text);
}
Console.WriteLine("讀取文件內(nèi)容:"+sb.ToString());
}
}執(zhí)行結(jié)果：
到此這篇關(guān)于淺談C#多線程下的調(diào)優(yōu)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C#多線程調(diào)優(yōu)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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