淺談C#多線程下的調(diào)優(yōu)
一、原子操作
先看一段問(wèn)題代碼
/// <summary> /// 獲取自增 /// </summary> public static void GetIncrement() { long result = 0; Console.WriteLine("開(kāi)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(kāi)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(wú)鎖算法。無(wú)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(méi)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(lèi)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(shuō)到線程安全,不要一下子就想到加鎖,尤其是可能會(huì)調(diào)用頻繁或者是要求高性能的場(chǎng)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(jí)的樂(lè)觀鎖
CAS的適用場(chǎng)景
讀多寫(xiě)少:如果有大量的寫(xiě)操作,CPU開(kāi)銷(xiāo)可能會(huì)過(guò)大,因?yàn)闆_突失敗后會(huì)不斷重試(自旋),這個(gè)過(guò)程中會(huì)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(chǔ)結(jié)果。
Interlocked.Decrement 原子操作,遞減指定變量的值并存儲(chǔ)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(kāi)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($"result 現(xiàn)值為:{result}"); Console.ReadLine(); }
結(jié)果:
Interlocked下原子操作的方法最終都是調(diào)用Interlocked.CompareExchange(ref a, b, c)實(shí)現(xiàn)的,現(xiàn)在我們利用CompareExchange自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)原子操作功能
實(shí)現(xiàn)“一個(gè)變量自增到10000,然后又初始化到1開(kāi)始自增的功能“
代碼:
/// <summary> /// 基于CAS原子操作自己寫(xiě) /// </summary> public static void AtomicityForMyCalc() { long result = 0; Console.WriteLine("開(kāi)始計(jì)算"); Parallel.For(0, 10, (i) => { long init = 0; long incrementNum = 0; for (int j = 0; j < 10000; j++) { do { init = result; incrementNum = result + 1; incrementNum= incrementNum > 10000 ? 1 : incrementNum; //自增到10000后初始化成1 } //如果result=init,則result的值被incrementNum替換,否則result不變,返回的是result的原始值 while (init != Interlocked.CompareExchange(ref result, incrementNum, init)); if(incrementNum==10000) { Console.WriteLine($"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($"result 現(xiàn)值為:{result}"); Console.ReadLine(); }
結(jié)果:
3.自旋鎖SpinLock
自旋鎖(spinlock):
是指當(dāng)一個(gè)線程在獲取鎖的時(shí)候,如果鎖已經(jīng)被其它線程獲取,那么該線程將循環(huán)等待,然后不斷的判斷鎖是否能夠被成功獲取,直到獲取到鎖才會(huì)退出循環(huán)。
什么情況下使用自旋鎖:
自旋鎖非常有助于避免阻塞,但是如果預(yù)期有大量阻塞,由于旋轉(zhuǎn)過(guò)多,您可能不應(yīng)該使用自旋鎖。當(dāng)鎖是細(xì)粒度的并且數(shù)量巨大(例如鏈接的列表中每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)鎖)時(shí)以及鎖保持時(shí)間總是非常短時(shí),旋轉(zhuǎn)可能非常有幫助。
短時(shí)間鎖定的情況下,自旋鎖(spinlock)更快。(因?yàn)樽孕i本質(zhì)上不會(huì)讓線程休眠,而是一直循環(huán)嘗試對(duì)資源訪問(wèn),直到可用。所以自旋鎖線程被阻塞時(shí),不進(jìn)行線程上下文切換,而是空轉(zhuǎn)等待。對(duì)于多核CPU而言,減少了切換線程上下文的開(kāi)銷(xiāo),從而提高了性能。)如果機(jī)器單核或鎖定時(shí)間長(zhǎng)的要避免使用,因?yàn)檎加兄壿嫼诵臅?huì)導(dǎo)致其他的線程也不可用。
SpinLock和Lock的區(qū)別:
SpinLock,自旋鎖。嘗試獲取該鎖的線程持續(xù)不斷的check是否可以獲得。此時(shí)線程仍然是激活狀態(tài),只是在空轉(zhuǎn),浪費(fèi)cpu而已。但是spinlock避免了線程調(diào)度和上下文切換,如果鎖的時(shí)間極短的話(huà),使用該鎖反而效率會(huì)高。
而lock是線程被block了。這將引起線程調(diào)度和上下文切換等行為。
示例:
//創(chuàng)建自旋鎖 private static SpinLock spin = new SpinLock(); public static void Spinklock() { Action action = () => { bool lockTaken = false; try { //申請(qǐng)獲取鎖 spin.Enter(ref lockTaken); //臨界區(qū) for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine($"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(cè)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(qǐng)獲取鎖 spin.Enter(ref lockTaken); //臨界區(qū) for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine($"當(dāng)前線程{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()},輸出:2"); } } finally { //工作完畢,或者產(chǎn)生異常時(shí),檢測(cè)一下當(dāng)前線程是否占有鎖,如果有了鎖釋放它 //避免出行死鎖 if (lockTaken) { spin.Exit(); } } }; //并行執(zhí)行2個(gè)action Parallel.Invoke(action, action2); }
結(jié)果:
申請(qǐng)鎖下面的臨界區(qū)保證是順序執(zhí)行的,不會(huì)因?yàn)槎嗑€程穿插輸出。
4.讀寫(xiě)鎖ReaderWriterLockSlim
- 讀寫(xiě)鎖是一個(gè)具有特殊用途的線程鎖,適用于頻繁讀取且讀取需要一定時(shí)間的場(chǎng)景,共享資源的讀取操作通常是可以同時(shí)執(zhí)行的,
- 普通的互斥鎖不管是獲取還是修改操作無(wú)法同時(shí)執(zhí)行,如果多個(gè)線程為了讀取操作而獲取互斥鎖,那么同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以執(zhí)行讀取操作,
- 頻繁讀取的場(chǎng)景下會(huì)對(duì)吞吐量造成影響
- 讀寫(xiě)鎖把鎖分為讀取鎖和寫(xiě)入鎖,線程可以根據(jù)對(duì)共享資源的操作類(lèi)型獲取讀取鎖還是寫(xiě)入鎖,讀取鎖可以被多個(gè)線程同時(shí)獲取,寫(xiě)入鎖不可以被多個(gè)線程同時(shí)獲取,且讀取鎖和寫(xiě)入鎖不可以被不同的線同時(shí)獲取。
操作 | 讀取鎖狀態(tài) | 寫(xiě)入鎖狀態(tài) | 獲取鎖是否需要等待 |
---|---|---|---|
獲取讀取鎖 | 未被獲取 | 未被獲取 | 無(wú)需等待 |
獲取讀取鎖 | 已被其他線程獲取 | 未獲取 | 無(wú)需等待 |
獲取讀取鎖 | 未被獲取 | 已被其他線程獲取 | 需要等待其他線程釋放 |
獲取寫(xiě)入鎖 | 未被獲取 | 未被獲取 | 無(wú)需等待 |
獲取寫(xiě)入鎖 | 已被其他線程獲取 | 未被獲取 | 需要等待其他線程釋放 |
獲取寫(xiě)入鎖 | 未被獲取 | 已被其他線程獲取 | 需要等待其他線程釋放 |
代碼示例:
//讀寫(xiě)鎖, //策略支持遞歸 private static ReaderWriterLockSlim rwl = new ReaderWriterLockSlim(LockRecursionPolicy.SupportsRecursion); private static int index = 0; static void read() { try { //進(jìn)入讀鎖 rwl.EnterReadLock(); for (int i = 0; i < 5; i++) { Console.WriteLine($"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(xiě)鎖 while (!rwl.TryEnterWriteLock(50)) { Console.WriteLine($"線程id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},等待寫(xiě)鎖"); } Console.WriteLine($"線程id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},獲取到寫(xiě)鎖"); for (int i = 0; i < 5; i++) { index++; Thread.Sleep(50); } Console.WriteLine($"線程id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},寫(xiě)操作完成"); } finally { //退出寫(xiě)鎖 rwl.ExitWriteLock(); } } /// <summary> /// 執(zhí)行多線程讀寫(xiě) /// </summary> public static void test() { var taskFactory = new TaskFactory(TaskCreationOptions.LongRunning, TaskContinuationOptions.None); Task[] task = new Task[6]; task[1] = taskFactory.StartNew(write); //寫(xiě) task[0] = taskFactory.StartNew(read); //讀 task[2] = taskFactory.StartNew(read); //讀 task[3] = taskFactory.StartNew(write); //寫(xiě) task[4] = taskFactory.StartNew(read); //讀 task[5] = taskFactory.StartNew(read); //讀 for (var i=0; i<6; i++) { task[i].Wait(); } }
可以看到,在線程4寫(xiě)入期間,線程7是等待線程4寫(xiě)萬(wàn)再寫(xiě),線程7寫(xiě)期間其它線程也沒(méi)有操場(chǎng),等寫(xiě)完后,讀的操作是多個(gè)線程交叉的。
適合的場(chǎng)景舉例:
- 多線程寫(xiě)文件,多線程并發(fā)寫(xiě)文件時(shí),會(huì)報(bào)資源被占用錯(cuò)誤,用這里的寫(xiě)鎖就可以獨(dú)占資源寫(xiě)完再到下一個(gè)線程寫(xiě)。
- 本地緩存的讀寫(xiě)操作,幾個(gè)緩存值寫(xiě)完才能讀出來(lái),防止讀到不完整數(shù)據(jù)。
二、線程安全
1.線程安全集合
BlockingCollection:一個(gè)支持界限和阻塞的容器(線程安全集合),與隊(duì)列結(jié)構(gòu)相似,常用函數(shù)如下
Add :向容器中插入元素
TryTake:從容器中取出元素并刪除
TryPeek:從容器中取出元素,但不刪除。
CompleteAdding:告訴容器,添加元素完成。此時(shí)如果還想繼續(xù)添加會(huì)發(fā)生異常。
IsCompleted:告訴消費(fèi)線程,生產(chǎn)者線程還在繼續(xù)運(yùn)行中,任務(wù)還未完成。
普通用法示例:
/// <summary> /// 線程安全集合用法 /// </summary> public static void BC() { //線程安全集合 using (BlockingCollection<int> blocking = new BlockingCollection<int>()) { int NUMITEMS = 10000; for (int i = 1; i < NUMITEMS; i++) { blocking.Add(i); } //完成添加 blocking.CompleteAdding(); int outerSum = 0; // 定義一個(gè)委托方法取出集合元素 Action action = () => { int localItem; int localSum = 0; //取出并刪除元素,先進(jìn)先出 while (blocking.TryTake(out localItem)) { localSum += localItem; } //兩數(shù)相加替換第一個(gè)值 Interlocked.Add(ref outerSum, localSum); }; //并行3個(gè)線程執(zhí)行,多個(gè)線程同時(shí)取集合的數(shù)據(jù) Parallel.Invoke(action, action, action); Console.WriteLine($"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($"線程安全集合.IsCompleted={blocking.IsCompleted}"); } }
結(jié)果:
限制集合長(zhǎng)度示例:
/// <summary> /// 限制集合長(zhǎng)度 /// </summary> public static void BCLimtLength() { //限制集合長(zhǎng)度為5個(gè),后面進(jìn)的會(huì)阻塞等集合少于5個(gè)再進(jìn)來(lái) BlockingCollection<int> blocking = new BlockingCollection<int>(5); var task1= Task.Run(() => { for (int i = 0; i < 20; i++) { blocking.Add(i); Console.WriteLine($"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($"取出:({n})"); } } Console.WriteLine("IsCompleted = true"); }); Task.WaitAll(task1, task2); }
結(jié)果:
在BlockingCollection中使用Stack(棧,先進(jìn)后出)示例:
/// <summary> /// 線程安全集合,先進(jìn)后出 /// </summary> public static void BCStack() { //線程安全集合,參數(shù)表明棧標(biāo)識(shí),隊(duì)列長(zhǎng)度為5 BlockingCollection<int> blocking = new BlockingCollection<int>(new ConcurrentStack<int>(), 5); var task1 = Task.Run(() => { for (int i = 0; i < 20; i++) { blocking.Add(i); Console.WriteLine($"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(kāi)始入了0-4,從最后的4開(kāi)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(huì)報(bào)錯(cuò),而這個(gè)則是線程安全的,不會(huì)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(xiě) Parallel.For(0, 1000, (i) => { var key = $"key-{i}"; var value = $"value-{i}"; // 不加鎖會(huì)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(xiě) Parallel.For(0, 1000, (i) => { var key = $"key-{i}"; var value = $"value-{i}"; // 無(wú)須加鎖 ConcurrentDictionaries.Add(key, value); }); sw.Stop(); Console.WriteLine("ConcurrentDictionaries 當(dāng)前數(shù)據(jù)量為: {0}", ConcurrentDictionaries.Count); Console.WriteLine("ConcurrentDictionaries 執(zhí)行時(shí)間為: {0} ms", sw.ElapsedMilliseconds); }
可以看到,線程安全字典比普通字典性能略好,且線程安全字典無(wú)需加鎖。
三、線程池
1.通過(guò)QueueUserWorkItem啟動(dòng)工作者線程
ThreadPool線程池中有兩個(gè)重載的靜態(tài)方法可以直接啟動(dòng)工作者線程:
- ThreadPool.QueueUserWorkItem(waitCallback);
- ThreadPool.QueueUserWorkItem(waitCallback,Object);
先把WaitCallback委托指向一個(gè)帶有Object參數(shù)的無(wú)返回值方法,再使用ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback)就可以一步啟動(dòng)此方法,此時(shí)異步方法的參數(shù)被視為null。
示例1:
public class ThreadLoopDemo { /// <summary> /// 回調(diào)方法 /// </summary> /// <param name="obj"></param> static void CallMethod(object state) { Console.WriteLine("RunWorkerThread開(kāi)始工作"); Console.WriteLine("工作者線程啟動(dòng)成功!"); } public static void Test() { //工作者線程最大數(shù)目,I/O線程的最大數(shù)目 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000); //啟動(dòng)工作者線程 ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(CallMethod!)); Console.ReadKey(); } }
執(zhí)行Test方法,結(jié)果:
示例2:
使用第二個(gè)重載方法ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,object)方法可以把object對(duì)象作為參數(shù)傳送到回調(diào)函數(shù)中。
public class ThreadLoopDemo { /// <summary> /// 回調(diào)方法 /// </summary> /// <param name="obj"></param> static void CallMethod(object state) { Console.WriteLine("RunWorkerThread開(kāi)始工作"); Order order=state as Order; Console.WriteLine($"orderName:{order.orderName},price:{order.price}"); Console.WriteLine("工作者線程啟動(dòng)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(dòng)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(guò)ThreadPool.QueueUserWork啟動(dòng)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(wú)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(dòng)的工作者線程僅僅適合于帶單個(gè)參數(shù)和無(wú)返回值的情況。
2.線程池等待(信號(hào)量)
ThreadPool并沒(méi)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(hào)
mre.WaitOne:卡住當(dāng)前主線程,一直等到信號(hào)修改為true的時(shí)候,才會(huì)接著往下跑
public class ThreadLoopDemo { /// <summary> /// 執(zhí)行 /// </summary> public static void Test() { //用來(lái)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(kāi)始"); Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine($"線程1結(jié)束,帶參數(shù),{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); //通知線程,修改信號(hào)為true mre.Set(); }); //阻止當(dāng)前線程,直到等到信號(hào)為true在繼續(xù)執(zhí)行 mre.WaitOne(); //關(guān)閉線程,相當(dāng)于設(shè)置成false mre.Reset(); Console.WriteLine("信號(hào)被關(guān)閉了"); ThreadPool.QueueUserWorkItem(p => { Console.WriteLine("線程2開(kāi)始"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("線程2結(jié)束"); mre.Set(); }); mre.WaitOne(); Console.WriteLine("主線程結(jié)束"); } }
執(zhí)行Test,結(jié)果:
3.Task
Task.Factory.StartNew:創(chuàng)建一個(gè)新的線程,Task的線程也是從線程池中拿的(ThreadPool),官方建議用Task而不是直接使用ThreadPool,因?yàn)門(mén)ask是對(duì)ThreadPool的封裝和優(yōu)化。
Task.WaitAny:等待一群線程中的其中一個(gè)完成,這里是卡主線程,一直等到一群線程中的最快的一個(gè)完成,才能繼續(xù)往下執(zhí)行,打個(gè)簡(jiǎn)單的比方:從三個(gè)地方獲取配置信息(數(shù)據(jù)庫(kù),config,IO),同時(shí)開(kāi)啟三個(gè)線程來(lái)訪問(wèn),誰(shuí)快誰(shuí)來(lái)執(zhí)行。
Task.WaitAll:等待所有線程完成,這里也是卡主線程,一直等待所有子線程完成任務(wù),才能繼續(xù)往下執(zhí)行。
Task.WhenAll:等待所有線程完成,這里不卡主線程,一直等待所有子線程完成任務(wù),才能繼續(xù)往下執(zhí)行。
Task.ContinueWhenAny:回調(diào)形式的,任意一個(gè)線程完成后執(zhí)行的后續(xù)動(dòng)作,這個(gè)就跟WaitAny差不多,只不是是回調(diào)形式的。
Task.ContinueWhenAll:回調(diào)形式的,所有線程完成后執(zhí)行的后續(xù)動(dòng)作,理解同上
代碼示例:
public class TaskDemo { /// <summary> /// 一個(gè)比較耗時(shí)的方法,循環(huán)1000W次 /// </summary> /// <param name="name"></param> public static void DoSomething(string name) { int iResult = 0; for (int i = 0; i < 1000000000; i++) { iResult += i; } Console.WriteLine($"{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(kāi)始**************"); //啟動(dòng)5個(gè)線程 for (int i = 0; i < 5; i++) { string name = $"Task:{i}"; Task task = Task.Factory.StartNew(() => { DoSomething(name); }); taskList.Add(task); } //回調(diào)形式的,任意一個(gè)完成后執(zhí)行的后續(xù)動(dòng)作 Task any = Task.Factory.ContinueWhenAny(taskList.ToArray(), task => { Console.WriteLine($"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(dòng)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(dòng)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(guò) 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(huì)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(kāi)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(kāi)啟子線程的時(shí)候,主線程也會(huì)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(kāi)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(lèi)似:Task WaitAll,只不過(guò)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($"并行編程開(kāi)始,主線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine("【示例2】"); //示例2: //定義要執(zhí)行的線程數(shù)量 Parallel.For(0, 5, t => { int a = t; DoSomething($"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($"并行編程開(kāi)始,主線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine("【示例3】"); ParallelOptions options = new ParallelOptions() { MaxDegreeOfParallelism = 3//執(zhí)行線程的最大并發(fā)數(shù)量,執(zhí)行完成一個(gè),就接著開(kāi)啟一個(gè) }; //遍歷集合,根據(jù)集合數(shù)量執(zhí)行線程數(shù)量 Parallel.ForEach(new List<string> { "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g" }, options, (t, status) => { //status.Break();//這一次結(jié)束。 //status.Stop();//整個(gè)Parallel結(jié)束掉,Break和Stop不可以共存 DoSomething($"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(huì)阻塞主線程,而同步IO則會(huì)阻塞主線程。
2.異步讀寫(xiě)文件
這里使用 FileStream 類(lèi),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^(guò) useAsync = true 來(lái)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(duì) 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(duì)象。
請(qǐng)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(hù)界面線程也不會(huì)被阻塞。
異步寫(xiě)入文本
/// <summary> /// 異步寫(xiě)入文件 /// </summary> /// <returns></returns> public async Task WriteTextAsync() { var path = "temp.txt"; //文件名 var content = Guid.NewGuid().ToString(); //寫(xiě)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(qǐng)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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