解析C#多線程編程中異步多線程的實現(xiàn)及線程池的使用
0、線程的本質(zhì)
線程不是一個計算機硬件的功能，而是操作系統(tǒng)提供的一種邏輯功能，線程本質(zhì)上是進程中一段并發(fā)運行的代碼，所以線程需要操作系統(tǒng)投入CPU資源來運行和調(diào)度。
1、多線程：
使用多個處理句柄同時對多個任務(wù)進行控制處理的一種技術(shù)。據(jù)博主的理解，多線程就是該應(yīng)用的主線程任命其他多個線程去協(xié)助它完成需要的功能，并且主線程和協(xié)助線程是完全獨立進行的。不知道這樣說好不好理解，后面慢慢在使用中會有更加詳細的講解。
2、多線程的使用：
（1）最簡單、最原始的使用方法：Thread oGetArgThread = new Thread(new ThreadStart(() =>{});這種用法應(yīng)該大多數(shù)人都使用過，參數(shù)為一個ThreadStart類型的委托。將ThreadStart轉(zhuǎn)到定義可知：
public delegate void ThreadStart();
它是一個沒有參數(shù)，沒有返回值的委托。所以他的使用如下：
static void Main(string[] args)
{
Thread oGetArgThread = new Thread(new ThreadStart(Test));
oGetArgThread.IsBackground = true;
oGetArgThread.Start();
for (var i = 0; i < 1000000; i++)
{
Console.WriteLine("主線程計數(shù)" + i);
//Thread.Sleep(100);
}
}
private static void Test()
{
for (var i = 0; i < 1000000; i++)
{
Console.WriteLine("后臺線程計數(shù)" + i);
//Thread.Sleep(100);
}
}
定義一個沒有參數(shù)沒有返回值的方法傳入該委托。當然也可以不定義方法寫成匿名方法：
static void Main(string[] args)
{
Thread oGetArgThread = new Thread(new System.Threading.ThreadStart(() =>
{
for (var i = 0; i < 1000000; i++)
{
Console.WriteLine("后臺線程計數(shù)" + i);
//Thread.Sleep(100);
}
}));
oGetArgThread.IsBackground = true;
oGetArgThread.Start();
這個和上面的意義相同。得到的結(jié)果如下：
說明主線程和后臺線程是互相獨立的。由系統(tǒng)調(diào)度資源去執(zhí)行。
如果這樣那有人就要問了，如果我需要多線程執(zhí)行的方法有參數(shù)或者有返回值或者既有參數(shù)又有返回值呢。。。別著急我們來看看new Thread()的幾個構(gòu)造函數(shù)：
public Thread(ParameterizedThreadStart start);
public Thread(ThreadStart start);
public Thread(ParameterizedThreadStart start, int maxStackSize);
public Thread(ThreadStart start, int maxStackSize);
轉(zhuǎn)到定義可知參數(shù)有兩類，一類是無參無返回值的委托，另一類是有參無返回值的委托。對于有參數(shù)的委托使用方法：
static void Main(string[] args)
{
Thread oThread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Test2));
oThread.IsBackground = true;
oThread.Start(1000);
}
private static void Test2(object Count)
{
for (var i = 0; i < (int)Count; i++)
{
Console.WriteLine("后臺線程計數(shù)" + i);
//Thread.Sleep(100);
}
}
對于有參又有返回值的委托，很顯然使用new Thread()這種方式是沒有解決方案的。其實對于有參又有返回值的委托可以使用異步來實現(xiàn)：
public delegate string MethodCaller(string name);//定義個代理
MethodCaller mc = new MethodCaller(GetName);
string name = "my name";//輸入?yún)?shù)
IAsyncResult result = mc.BeginInvoke(name,null, null);
string myname = mc.EndInvoke(result);//用于接收返回值
public string GetName(string name) // 函數(shù)
{
return name;
}
關(guān)于這種方式還有幾點值得一說的是：
①
Thread oGetArgThread = new Thread(new ThreadStart(Test)); oGetArgThread.Join();//主線程阻塞，等待分支線程運行結(jié)束，這一步看功能需求進行選擇，主要為了多個進程達到同步的效果
②線程的優(yōu)先級可以通過Thread對象的Priority屬性來設(shè)置，Priority屬性對應(yīng)一個枚舉：
public enum ThreadPriority
{
// 摘要:
// 可以將 System.Threading.Thread 安排在具有任何其他優(yōu)先級的線程之后。
Lowest = 0,
//
// 摘要:
// 可以將 System.Threading.Thread 安排在具有 Normal 優(yōu)先級的線程之后，在具有 Lowest 優(yōu)先級的線程之前。
BelowNormal = 1,
//
// 摘要:
// 可以將 System.Threading.Thread 安排在具有 AboveNormal 優(yōu)先級的線程之后，在具有 BelowNormal 優(yōu)先級的線程之前。
// 默認情況下，線程具有 Normal 優(yōu)先級。
Normal = 2,
//
// 摘要:
// 可以將 System.Threading.Thread 安排在具有 Highest 優(yōu)先級的線程之后，在具有 Normal 優(yōu)先級的線程之前。
AboveNormal = 3,
//
// 摘要:
// 可以將 System.Threading.Thread 安排在具有任何其他優(yōu)先級的線程之前。
Highest = 4,
}
從0到4，優(yōu)先級由低到高。
③關(guān)于多個線程同時使用一個對象或資源的情況，也就是線程的資源共享，為了避免數(shù)據(jù)紊亂，一般采用.Net悲觀鎖lock的方式處理。
private static object oLock = new object();
private static void Test2(object Count)
{
lock (oLock)
{
for (var i = 0; i < (int)Count; i++)
{
Console.WriteLine("后臺線程計數(shù)" + i);
//Thread.Sleep(100);
}
}
}
（2）Task方式使用多線程：
這種方式一般用在需要循環(huán)處理某項業(yè)務(wù)并且需要得到處理后的結(jié)果。使用代碼如下：
List<Task> lstTaskBD = new List<Task>();
foreach (var bd in lstBoards)
{
var bdTmp = bd;//這里必須要用一個臨時變量
var oTask = Task.Factory.StartNew(() =>
{
var strCpBdCmd = "rm -Rf " + bdTmp.Path + "/*;cp -R " + CombineFTPPaths(FTP_EMULATION_BD_ROOT,
"bd_correct") + "/* " + bdTmp.Path + "/";
oPlink.Run(bdTmp.EmulationServer.BigIP, bdTmp.EmulationServer.UserName, bdTmp.EmulationServer.Password,
strCpBdCmd);
Thread.Sleep(500);
});
lstTaskBD.Add(oTask);
}
Task.WaitAll(lstTaskBD.ToArray());//等待所有線程只都行完畢
使用這種方式的時候需要注意這一句 var bdTmp = bd;這里必須要用一個臨時變量，要不然多個bd對象容易串數(shù)據(jù)。如果有興趣可以調(diào)試看看。這種方法比較簡單，就不多說了。當然Task對象的用法肯定遠不止如此，還涉及到任務(wù)的調(diào)度等復雜的邏輯。博主對這些東西理解有限，就不講解了。
（3）異步操作的本質(zhì)
所有的程序最終都會由計算機硬件來執(zhí)行，所以為了更好的理解異步操作的本質(zhì)，我們有必要了解一下它的硬件基礎(chǔ)。 熟悉電腦硬件的朋友肯定對DMA這個詞不陌生，硬盤、光驅(qū)的技術(shù)規(guī)格中都有明確DMA的模式指標，其實網(wǎng)卡、聲卡、顯卡也是有DMA功能的。DMA就是直 接內(nèi)存訪問的意思，也就是說，擁有DMA功能的硬件在和內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交換的時候可以不消耗CPU資源。只要CPU在發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸時發(fā)送一個指令，硬件就開 始自己和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，在傳輸完成之后硬件會觸發(fā)一個中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是異步操作的硬件基礎(chǔ)。所以即使在DOS 這樣的單進程（而且無線程概念）系統(tǒng)中也同樣可以發(fā)起異步的DMA操作。
（4）異步操作的優(yōu)缺點
因為異步操作無須額外的線程負擔，并且使用回調(diào)的方式進行處理，在設(shè)計良好的情況下，處理函數(shù)可以不必使用共享變量（即使無法完全不用，最起碼可以減少 共享變量的數(shù)量），減少了死鎖的可能。當然異步操作也并非完美無暇。編寫異步操作的復雜程度較高，程序主要使用回調(diào)方式進行處理，與普通人的思維方式有些出入，而且難以調(diào)試。
3、線程池的用法：
一般由于考慮到服務(wù)器的性能等問題，保證一個時間段內(nèi)系統(tǒng)線程數(shù)量在一定的范圍，需要使用線程池的概念。大概用法如下：
public class CSpiderCtrl
{
//將線程池對象作為一個全局變量
static Semaphore semaphore;
public static void Run()
{
//1. 創(chuàng)建 SuperLCBB客戶端對象
var oClient = new ServiceReference_SuperLCBB.SOAServiceClient();
//2.初始化的時候new最大的線程池個數(shù)255（這個數(shù)值根據(jù)實際情況來判斷，如果服務(wù)器上面的東西很少，則可以設(shè)置大點）
semaphore = new Semaphore(250, 255);
CLogService.Instance.Debug("又一輪定時采集...");
_TestBedGo(oClient);
}
//執(zhí)行多線程的方法
private static void _TestBedGo(ServiceReference_SuperLCBB.SOAServiceClient oClient)
{
List<string> lstExceptPDUs = new List<string>(){
"SUPERLABEXP"
};
var oTestBedRes = oClient.GetTestBedExceptSomePDU(lstExceptPDUs.ToArray(), true);
if (CKVRes.ERRCODE_SUCCESS != oTestBedRes.ErrCode)
{
CLogService.Instance.Error("xxx");
return;
}
var lstTestBed = oTestBedRes.ToDocumentsEx();
System.Threading.Tasks.Parallel.ForEach(lstTestBed, (oTestBed) =>
{
//一次最多255個線程，超過255的必須等待線程池釋放一個線程出來才行
semaphore.WaitOne();
//CLogService.Instance.Info("開始采集測試床：" + oTestBed[TBLTestBed.PROP_NAME]);
//Thread.Sleep(2000);
var strTestBedName = oTestBed[TBLTestBed.PROP_NAME] as string;
var strSuperDevIP = oTestBed[TBLTestBed.PROP_SUPERDEVIP] as string;
var strTestBedGID = oTestBed[TBLTestBed.PROP_GID] as string;
var strPdu = oTestBed[TBLTestBed.PROP_PDUGID] as string;
Thread.Sleep(new Random().Next(1000, 5000));
var oGetRootDevicesByTestBedGIDRes = oClient.GetRootDevicesByTestBedGID(strTestBedGID);
CLogService.Instance.Debug(strPdu + "——測試床Name：" + strTestBedName + "開始");
Stopwatch sp = new Stopwatch();
sp.Start();
if (oGetRootDevicesByTestBedGIDRes.ErrCode != CKVRes.ERRCODE_SUCCESS || oGetRootDevicesByTestBedGIDRes.Documents.Count < 2)
{
CLogService.Instance.Debug("shit -- 3實驗室中測試床Name：" + strTestBedName + "2完成異常0");
//這里很重要的一點，每一次return 前一定要記得釋放線程，否則這個一直會占用資源
semaphore.Release();
return;
}
var strXML = oGetRootDevicesByTestBedGIDRes.Documents[0];
var strExeName = oGetRootDevicesByTestBedGIDRes.Documents[1];
//var strExeName = "RateSpider";
var oSuperDevClient = new SuperDevClient(CSuperDev.ENDPOINT, string.Format(CSuperDev.SuperDevURL, strSuperDevIP));
try
{
oSuperDevClient.IsOK();
}
catch (Exception)
{
CLogService.Instance.Error("測試床Name：" + strTestBedName + "異常,插件沒起");
semaphore.Release();
return;
}
//2.3.1.請求SuperDev.Server(SuperDevIP)，發(fā)送Run(XML和Exename)
var oRunExeRes = new CKVRes();
try
{
oRunExeRes = oSuperDevClient.RunExeEx(strExeName, false, new string[] { strXML });
}
catch
{
//CLogService.Instance.Debug("測試床Name：" + strTestBedName + "異常:" + ex.Message);
}
sp.Stop();
CLogService.Instance.Debug(strPdu + "——測試床Name：" + strTestBedName + "完成時間" + sp.Elapsed);
//每一個線程完畢后記得釋放資源
semaphore.Release();
});
}
}
需要注意：Semaphore對象的數(shù)量需要根據(jù)服務(wù)器的性能來設(shè)定；System.Threading.Tasks.Parallel.ForEach這種方式表示同時啟動lstTestBed.Length個線程去做一件事情，可以理解為
foreach(var oTestbed in lstTestBed)
{
Thread oThread=new Thread(new ThreadStart({ ...}));
}
（4） 多線程里面還有一個值得一說的SpinWait類，用于提供對基于自旋的等待的支持。也就是說支持重復執(zhí)行一個委托，知道滿足條件就返回，我們來看它的用法：
public static void SpinUntil(Func<bool> condition);
public static bool SpinUntil(Func<bool> condition, int millisecondsTimeout);
public static bool SpinUntil(Func<bool> condition, TimeSpan timeout);
這個方法有三個構(gòu)造函數(shù)，后兩個需要傳入一個時間，表示如果再規(guī)定的時間內(nèi)還沒有返回則自動跳出，防止死循環(huán)。
SpinWait.SpinUntil(() =>
{
bIsworking = m_oClient.isworking(new isworking()).result;
return bIsworking == false;
}, 600000);
//如果等了10分鐘還在跳纖則跳出
if (bIsworking)
{
oRes.ErrCode = "false交換機跳纖時間超過10分鐘，請檢查異常再操作";
return oRes;
}
4、多線程的優(yōu)缺點
多線程的優(yōu)點很明顯，線程中的處理程序依然是順序執(zhí)行，符合普通人的思維習慣，所以編程簡單。但是多線程的缺點也同樣明顯，線程的使用（濫用）會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔。并且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現(xiàn)。
5、適用范圍
在了解了線程與異步操作各自的優(yōu)缺點之后，我們可以來探討一下線程和異步的合理用途。我認為：當需要執(zhí)行I/O操作時，使用異步操作比使用線程+同步 I/O操作更合適。I/O操作不僅包括了直接的文件、網(wǎng)絡(luò)的讀寫，還包括數(shù)據(jù)庫操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨進程的調(diào)用。
而線程的適用范圍則是那種需要長時間CPU運算的場合，例如耗時較長的圖形處理和算法執(zhí)行。但是往往由于使用線程編程的簡單和符合習慣，所以很多朋友往往會使用線程來執(zhí)行耗時較長的I/O操作。這樣在只有少數(shù)幾個并發(fā)操作的時候還無傷大雅，如果需要處理大量的并發(fā)操作時就不合適了。
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