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淺談C#多線程下的調(diào)優(yōu)

 更新時間：2022年04月06日 17:38:48   作者：包子wxl  
本文主要介紹了C#多線程下的調(diào)優(yōu)，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

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)

平時大家用的最多的應(yīng)該就是加鎖了，同一時間，只有一個線程進(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），這個過程中會消耗CPU
　　單個變量原子操作：CAS機(jī)制所保證的只是一個變量的原子操作，而不能保證整個代碼塊的原子性，比如需要保證三個變量共同進(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，添加兩個整數(shù)并用兩者的和替換第一個整數(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)一個原子操作功能

實(shí)現(xiàn)“一個變量自增到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)一個線程在獲取鎖的時候，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節(jié)點(diǎn)一個鎖）時以及鎖保持時間總是非常短時，旋轉(zhuǎn)可能非常有幫助。

短時間鎖定的情況下，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，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($"當(dāng)前線程{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()},輸出:1");
                    }
                }
                finally
                {
                    //工作完畢，或者產(chǎn)生異常時，檢測一下當(dāng)前線程是否占有鎖，如果有了鎖釋放它
                    //避免出行死鎖
                    if(lockTaken)
                    {
                        spin.Exit();
                    }
                }
            };
            Action action2 = () =>
            {
                bool lockTaken = false;
                try
                {
                    //申請獲取鎖
                    spin.Enter(ref lockTaken);
                    //臨界區(qū)
                    for (int i = 0; i < 10; i++)
                    {
                        Console.WriteLine($"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，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間的場景，共享資源的讀取操作通常是可以同時執(zhí)行的，
  • 普通的互斥鎖不管是獲取還是修改操作無法同時執(zhí)行，如果多個線程為了讀取操作而獲取互斥鎖，那么同一時間只有一個線程可以執(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，讀取鎖可以被多個線程同時獲取，寫入鎖不可以被多個線程同時獲取，且讀取鎖和寫入鎖不可以被不同的線同時獲取。
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，會報(bào)資源被占用錯誤，用這里的寫鎖就可以獨(dú)占資源寫完再到下一個線程寫。
  • 本地緩存的讀寫操作，幾個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)相加替換第一個值
                    Interlocked.Add(ref outerSum, localSum);
                };

                //并行3個線程執(zhí)行，多個線程同時取集合的數(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，后面進(jìn)的會阻塞等集合少于5個再進(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 :這個比較好理解，普通字典多線程并發(fā)時添加時會報(bào)錯，而這個則是線程安全的，不會報(bào)錯。

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個線程寫
            Parallel.For(0, 1000, (i) =>
            {
                var key = $"key-{i}";
                var value = $"value-{i}";

                // 不加鎖會報(bào)錯
               // 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)行時間為： {0} ms", sw.ElapsedMilliseconds);
        }

不加鎖時結(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，去執(zhí)行一批任務(wù)，防止大量創(chuàng)建新線程損耗大量cpu。

所以這個方法啟動的工作者線程僅僅適合于帶單個參數(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:通知一個或多個正在等待的線程已發(fā)生的事件，相當(dāng)于發(fā)送了一個信號

mre.WaitOne:卡住當(dāng)前主線程，一直等到信號修改為true的時候，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完成，這里是卡主線程，一直等到一群線程中的最快的一個完成，才能繼續(xù)往下執(zhí)行，打個簡單的比方：從三個地方獲取配置信息（數(shù)據(jù)庫，config，IO），同時開啟三個線程來訪問，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，任意一個線程完成后執(zhí)行的后續(xù)動作，這個就跟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>
        /// 一個比較耗時的方法,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線程完成
            Task.WaitAny(taskList.ToArray());
            Console.WriteLine($"WaitAny,當(dāng)前線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},其中一個完成已完成,{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：{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)了三個分支

LongRunning：獨(dú)立線程，和線程池?zé)o關(guān)包含 PreferFairness時：preferLocal=false，進(jìn)入全局隊(duì)列不包含 PreferFairness時：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開啟子線程的時候，主線程也會參與計(jì)算

示例1：

/// <summary>
        /// 一個比較耗時的方法,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個或多個線程，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，就接著開啟一個
            };

            //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 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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