多线程技术

目录

正文内容：

一、计算机线程

二、怎么看待线程开销问题

三、多线程实现形式

四、多线程的代码分析阶段

五、线程在内存空间上的开销

六、线程在时间上的开销

七、线程池

 

 

正文内容：

一、计算机线程

1、计算机的线程如图：

2、计算机中的线程： 任务管理器中事四核八线程（逻辑处理器），意味着能同时执行8个任务。任务管理器中有1472个线程，但是绝大部分都在休眠，但不管怎么休眠，线程数还是远远超过8个（实际线程数）

3、进程：运行一个程序就会有一个进程，一个进程又会有很多个线程

4、CPU资源分配方法：资源分配其实是按照线程分配（分配过程忽略），计算机及执行的时候，也会考虑到进程的优先级问题，计算机执行的时候，也会考虑到优先级问题，优先级受操作系统控制，一般不收开发者控制，因为如果开发者能随意更改优先级，将会产生很多流氓软件

5、当实际线程数多于CPU逻辑处理器时，时如何执行这些线程的呢？引入时间片的概念。采用时分复用技术，码分多址技术和频分多址技术等。时分复用技术，以1秒为单位，1时间片大概30毫秒，就等于1秒约等于33片，假如有9个线程，分别以几个时间片的单位执行，执行完时间片切换到下一个线程，如图线程和占用时间片（33个时间片9个线程），每个线程分配的时间片不同，

 

1111	1111	11111	1111	11111	111	111	11	111	.....
线程1	线程2	线程3	线程4	线程5	线程6	线程7	线程8	线程9	其他线程

线程是以串行执行，切换速度很快

6、多线 程技术使得程序的并行执行（从微观上实际是并发）成为可能。例如，一个线程播放音乐，另一个线程下载文件，它们可以“同时”使用CPU和内存等资源，彼此却没有因此而受到影响（从用户角度看）

二、怎么看待线程开销问题

1、我们通常写的程序都是同步的，如果我们想主动增加线程，就必须独立开启

2、开启一个线程，时间上和空间上都需要开销

3、开发中我们不能过多的开启线程，否者性能不仅不会提高反而会下降

三、多线程实现形式

1、异步编程：

• 最早在.NET 1.0时代，可以基于异步编程，就是可以同时多个任务（并行执行）
• 异步编程是基于委托实现的，现在用的很少
• 其主要核心是invoke方法和回调函数
• 因为功能弱，编写麻烦，有其他简单的可供选择，所以用的很少

 

2、Thread线程：简化了异步编程编写方法，但因为时间和空间的开销较大，并且垃圾回收机制GC也不是很快捷，同样使用的少。thread方式 需要一个就得我们自己 new一个

3、ThreadPool线程池：顾名思义，提前准备好，想用就拿过来用，用完放回去就行  

4、需求如表：有A B C D E五个线程

Thread和ThreadPool不能解决的情况

A-->B-->C-->D-->E	顺序执行
（A,B,C,D）-->E	ABCD全部执行完后再执行E
（A,B,C,D）-->E	ABCD中任意一个完成就执行E
A-->B-->C（error）-->D-->E	当C发现错误，可以取消整个任务链
。。。。。。。。。。	。。。。。。。。。。。。。

5、Task： Thread和ThreadPool虽然可以使用，有的 7ff7 时候还很不错，但是功能不能满足我们的需求，所以出现了Task，Task可以说是Thread和ThreadPool的结合，但不是简单结合，在性能上，资源开销上，都得到很好的优化，在.NET4.0以后，不管大小微软都建议使用Task

6、其他的并行编程，如parallel等。。。。

四、多线程的代码分析阶段

1、为了搞懂原理，建议使用windbg,windbg是一个能够观察程序底层的工具，尤其是线程等

2、windbg的使用（本机路径）：

使用步骤：

• 首先找到clr.dll和sos.dll，VS安装目录——》Windows——》Microsoft.NET——》framework64——》V 4.0 30319——clr.dll和sos.dll
• 然后将clr.dll和sos.dll复制到windbg安装目录中，启动windbg.exe并配置windbg工具，附加一个进程，加载.clr.dll和sos.dll后（.loadby clr sos）完成剩下操作，注意要运行的是debug中的要测试线程的.exe文件才行

windbg看看的内容：

• windbg命令：.loadby clr sos——加载clr和sos模块；！threads——查看所有线程；!ThreadState 线程号——查看线程状态
• 线程终结器（MTA(Finalizer)）：主要作用就是回收线程，起作用跟回收站类似，线程不用先到线程终结器中，还可以回复，不想恢复的话最后会被GC清理
• 系统线程：主线程

 

 

3、前台线程和后台线程的区别：

• 前台线程：如果一个程序有前台线程，必须在所有前台进程都结束后才能推出程序
• 后台线程：如果一个程序开启的都是后台线程，那么在退出程序后，后台线程也就会全部退出

 

4、应用程序域：

• 一个应用程序对应一个进程，每个进程都会映射物理内存，从而隔离程序，进程是隔离的
• 问题引入：计算机在执行不同进程的同时，会跨进程，耗费时间
• 需求：希望一个进程中能使用另一个程序，但又不想单独用进程启动，因为进程开销大，根据问题和需求.NET引入应用程序域（appDomain）的概念，并且将它设置在进程和线程之间
• 每一个进程至少会包括一个应用程序域。在托管代码运行时，CLR还会额外创建系统域和共享域存放所有应用程序都需要的资料

5、线程的声明周期：thread生命周期中各个实例方法，开始、暂停、继续、中断和重新开始；和thread相关的静态方法，数据槽、本地数据 存储等

 

五、线程在内存空间上的开销

1、Thread内核数据结构：

• 主要有OSID（线程的ID）和contex上下文（存放CPU寄存器相关的变量）
• 理解：CPU切换任务时，会保存相关数据以备下次使用，（寄存器就是主要的存储）

 

2、查看当前环境块（!teb）：（Thread Environment Block）线程环境块，下图参数就是内存的开销，都会占用资源，所以要研究

3、用户模式堆栈：

• 用户程序的“局部变量”和“参数传递”所使用的堆栈
• 常见的某些循环中出现溢出StackOverFlowException，一般都是死循环，一个线程分配1MB的堆栈空间，主要是参数、局部变量

 

4、内核模式堆栈：程序最后，还得调用底层的Win32函数，用户模式的参数必须还得传递过来，这部分肯定还会占用空间

 

六、线程在时间上的开销

 

1、资源使用通知开销：从Modeload列表中，就能看出资源加载必须要通知的

用！dumpdomain查看 应用程序域，有三部分系统域（system domain）、共享域（shared domain）和私有域（domain1，应用程序自己的）

2、时间片切换开销：切换线程开销也很大

七、线程池

 

 

1、Thread：也就是一个任务，开启一个thread需要时间，并且threaddied的时候，在一定时间内也会 占用资源

2、threadPool线程池：由系统完成并缓存，默认都已经初始化完毕，并且没有死线程。可以随时拿来用，用完随时放回去

发现：没有死线程，并且线程数只有4个，因为有4个逻辑处理单元，理论开启4个线程。也可以设置线程个数，不建议自己设置

3、thread和threadpool总结：当我们使用thread的时候，创建10个线程，就会有10个独立的线程运行，浪费时间和空间。但是，当我们使用threadpool的时候，解决10个独立线程能完成的任务。随着CPU核心的增加，这个线程池的个数也会增加，性能也会增加。独立线程个数减少，开销也会减少

4、虽然threadpool可以使用，但是满足不了一些特俗要求，所以有了Task，Task是threadpool和thread结合后功能的进一步增强

异步开启方式：

Task.start()方法

Task.Run()方法

Task.Factory.StartNew()方法

同步开启方式