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淺談C#多線程下的調(diào)優(yōu)

 更新時(shí)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(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

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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