5天玩转C#并行和多线程编程 —— 第五天 多线程编程大总结

 一、多线程带来的问题
1、死锁问题 

　　前面我们学习了Task的使用方法，其中Task的等待机制让我们瞬间爱上了它，但是如果我们在调用Task.WaitAll方法等待所有线程时，如果有一个Task一直不返回，会出现什么情况呢？当然，如果我们不做出来的话，程序会一直等待下去，那么因为这一个Task的死锁，导致其他的任务也无法正常提交，整个程序"死"在那里。下面我们来写一段代码，来看一下死锁的情况：

var t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task 1 Start running...");
while(true)
{
System.Threading.Thread.Sleep(1000);
}
Console.WriteLine("Task 1 Finished!");
});
var t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task 2 Start running...");
System.Threading.Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("Task 2 Finished!");
});
Task.WaitAll(t1,t2);

这里我们创建两个Task，t1和t2，t1里面有个while循环，由于条件一直为TRUE，所以他永远也无法退出。运行程序，结果如下：



可以看到Task2完成了，就是迟迟等不到Task1，这个时候我们按回车是没有反应的，除非关掉窗口。如果我们在项目中遇到这种情况是令人很纠结的，因为我们也不知道到底发生了什么，程序就是停在那里，也不报错，也不继续执行。

那么出现这种情况我们该怎么处理呢？我们可以设置最大等待时间，如果超过了等待时间，就不再等待，下面我们来修改代码，设置最大等待时间为5秒(项目中可以根据实际情况设置)，如果超过5秒就输出哪个任务出错了，代码如下：

Task[] tasks = new Task[2];
tasks[0] = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task 1 Start running...");
while(true)
{
System.Threading.Thread.Sleep(1000);
}
Console.WriteLine("Task 1 Finished!");
});
tasks[1] = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task 2 Start running...");
System.Threading.Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("Task 2 Finished!");
});

Task.WaitAll(tasks,5000);
for (int i = 0; i < tasks.Length;i++ )
{
if (tasks[i].Status != TaskStatus.RanToCompletion)
{
Console.WriteLine("Task {0} Error!",i + 1);
}
}
Console.Read();

这里我们将所有任务放到一个数组里面进行管理，调用Task.WaitAll的一个重载方法，第一个参数是Task[]数据,第二个参数是最大等待时间，单位是毫秒，这里我们设置为5000及等待5秒钟，就继续向下执行。下面我们遍历Task数组，通过Status属性判断哪些Task没有完成，然后输出错误信息。

 

2、SpinLock(自旋锁)

　　 我们初识多线程或者多任务时，第一个想到的同步方法就是使用lock或者Monitor，然而在4.0 之后微软给我们提供了另一把利器——spinLock，它比重量级别的Monitor具有更小的性能开销，它的用法跟Monitor很相似，VS给的提示如下：



下面我们来写一个例子看一下，代码如下(关于lock和Monitor的用法就不再细说了，网上资料很多，大家可以看看)：

SpinLock slock = new SpinLock(false);
long sum1 = 0;
long sum2 = 0;
Parallel.For(0, 100000, i =>
{
sum1 += i;
});

Parallel.For(0, 100000, i =>
{
bool lockTaken = false;
try
{
slock.Enter(ref lockTaken);
sum2 += i;
}
finally
{
if (lockTaken)
slock.Exit(false);
}
});

Console.WriteLine("Num1的值为:{0}", sum1);
Console.WriteLine("Num2的值为:{0}", sum2);

Console.Read();

输出结果如图：



这里我们使用了Parallel.For方法来做演示，Parallel.For用起来方便，但是在实际开发中还是尽量少用，因为它的不可控性太高，有点简单粗暴的感觉，可能带来一些不必要的"麻烦",最好还是使用Task，因为Task的可控性较好。

slock.Enter方法，解释如下：



 

3、多线程之间的数据同步

　　多线程间的同步，在用thread的时候，我们常用的有lock和Monitor，上面刚刚介绍了.Net4.0中一个新的锁——SpinLock(自旋锁)，实际上，我们还可以将任务分成多块，由多个线程一起执行，最后合并多个线程的结果，如：求1到100的和，我们分10个线程，分别求1~10，......，90~100的和，然后合并十个线程的结果。还有就是使用线程安全集合，可参加第二天的文章。其实Task的同步机制做已经很好了，如果有特殊业务需求，有线程同步问题，大家可一起交流~~

 

 二、Task和线程池之间的抉择
　　我们要说的task的知识也说的差不多了，接下来我们开始站在理论上了解下“线程池”和“任务”之间的关系，我们要做到知其然，还要知其所以然。不管是说线程还是任务，我们都不可避免的要讨论下线程池，然而在.net 4.0以后，线程池引擎考虑了未来的扩展性，已经充分利用多核微处理器架构，只要在可能的情况下，我们应该尽量使用task，而不是线程池。

 　　这里简要的分析下CLR线程池，其实线程池中有一个叫做“全局队列”的概念，每一次我们使用QueueUserWorkItem的使用都会产生一个“工作项”，然后“工作项”进入“全局队列”进行排队，最后线程池中的的工作线程以FIFO(First Input First Output)的形式取出,这里值得一提的是在.net 4.0之后“全局队列”采用了无锁算法，相比以前版本锁定“全局队列”带来的性能瓶颈有了很大的改观。那么任务委托的线程池不光有“全局队列”，而且每一个工作线程都有”局部队列“。我们的第一反应肯定就是“局部队列“有什么好处呢？这里暂且不说，我们先来看一下线程池中的任务分配，如下图：



线程池的工作方式大致如下，线程池的最小线程数是6，线程1~3正在执行任务1~3，当有新的任务时，就会向线程池请求新的线程，线程池会将空闲线程分配出去，当线程不足时，线程池就会创建新的线程来执行任务，直到线程池达到最大线程数(线程池满)。总的来说，只有有任务就会分配一个线程去执行,当FIFO十分频繁时，会造成很大的线程管理开销。

　　下面我们来看一下task中是怎么做的,当我们new一个task的时候“工作项”就会进去”全局队列”，如果我们的task执行的非常快，那么“全局队列“就会FIFO的非常频繁，那么有什么办法缓解呢？当我们的task在嵌套的场景下，“局部队列”就要产生效果了，比如我们一个task里面有3个task，那么这3个task就会存在于“局部队列”中，如下图的任务一，里面有三个任务要执行，也就是产生了所谓的"局部队列"，当任务三的线程执行完成时，就会从任务一种的队列中以FIFO的形式"窃取"任务执行，从而减少了线程管理的开销。这就相当于，有两个人，一个人干完了分配给自己的所有活，而另一个人却还有很多的活，闲的人应该接手点忙的人的活，一起快速完成。



　　从上面种种情况我们看到，这些分流和负载都是普通ThreadPool.QueueUserWorkItem所不能办到的，所以说在.net 4.0之后，我们尽可能的使用TPL，抛弃ThreadPool。

 

这是5天玩转C#并行和多线程编程系列的最后一篇了，当然还有很多东西没说到，如果真的想要玩转多线程，还是要多多努力学习的。大家在学习过程中有什么问题可以一起交流~~

 

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