第二十七章 計算限制的異步操做

目錄

27.1 CLR線程池基礎

27.2 執行簡單的計算限制操做

27.3 執行上下文

27.4 協做式取消和超時

27.5 任務

27.6 Parallel的靜態For，ForEach和Invoke方法

27.7 並行語言集成查詢（PLINQ）

27.8 執行定時計算限制操做

27.9 線程池如何管理線程

異步執行計算限制操做，容許線程池在多個CPU內核上調度任務，使多個線程能併發工做，從而高效率地使用系統資源，同時提高應用程序的吞吐能力。

27.1 CLR線程池基礎

線程池是你的應用程序能使用的線程集合。每CLR一個線程池：這個線程池由CLR控制的全部AppDomain共享。

CLR初始化時，線程池中是沒有線程的。在內部，線程池維護了一個操做請求隊列。應用程序執行一個異步操做時，就調用某個方法，將一個記錄項追加到線程池隊列中。線程池的代碼從這個隊列中提取記錄項，將這個記錄項派發給一個線程池線程。

27.2 執行簡單的計算限制操做

將一個異步的計算限制操做放到線程池隊列中：ThreadPool類

static Boolean QueueUserWorkItem(WaitCallback callback);

static Boolean QueueUserWorkItem(WaitCallback callback, Object state); 

27.3 執行上下文

每一個線程都關聯了一個執行上下文數據結構。執行上下文包括的東西有安全設置（壓縮棧，Thread的Principal屬性和Winodws身份）、宿主設置以及邏輯調用上下文數據。

ExecutionContext類：

[SecurityCritical] public static AsyncFlowControl SuppressFlow();

public static void RestoreFlow();

public static Boolean IsFlowSuppressed();

27.4 協做式取消和超時

 Microsoft .NET Framework 提供了標準的取消操做模式。這個模式是協做式的，意味着要取消的操做必須顯示支持取消。

System.Threading.CancellationTokenSoure包含了和管理取消有光的全部狀態。

public struct CancellationToken：

CancellationToken 實例是輕量級值類型，包含單個私有字段，即對其CancellationToken的IsCancellationRequested屬性，瞭解循環是否應該提早終止，從而終止計算限制的操做。

27.5 任務

System.Threading.Tasks命名空間

27.5.1 等待任務完成並獲取結果

若是計算限制的任務拋出未處理的異常，異常會被「吞噬」並存儲到一個集合中，而線程池線程能夠返回到線程池中。調用Wait方法或者Result屬性時，這些成員會拋出一個System.AggregateException對象

27.5.2 取消任務

可調用一個CancellationTokenSource取消Task。

27.5.3 任務完成時自動啓動新任務

伸縮性好的軟件不該該使線程阻塞

27.5.4 任務能夠啓動子任務

任務支持父/子關係。

27.5.5 任務內部揭祕

每一個Task對象都有一組字段，這些字段構成了任務的狀態。其中包括一個Int32ID，表明Task執行狀態的一個Int32，對父任務的引用，對Task建立時指定的TaskScheduler的引用，對回調方法的引用，對要傳給回調方法的對象的引用，對ExecutionContext的引用以及對MenualResetEventSlim對象的引用。另外，每一個Task對象都有對根據須要建立的補充狀態的引用。補充狀態包含了一個CancellationToken，一個ContinueWithTask對象集合，爲拋出未處理異常的子任務而準備的一個Task對象集合等。

首次構造Task對象時，它的狀態時Created。之後，當任務啓動時，它的狀態變成WaitingToRun。Task實際在一個線程上運行時，它的狀態變成Runing。任務中止運行，並等待它的任何子任務時，狀態變成WaitingForChildrenToComplete。任務完成時進入如下狀態之一：RanToCompletion（運行完成），Canceld（取消）或Faulted（出錯）。

27.5.6 任務工廠

TaskFactory

27.5.7 任務調度器

TaskScheduler對象負責執行被調度的任務，同時向Visual Studio調試器公開任務信息。FCL提供了兩個派生自TaskScheduler的類型：線程池任務調度器，和同步上下文任務調度器。任務調度器將任務調度給線程池的工做者線程。

27.6 Parallel的靜態For，ForEach和Invoke方法

System.Threading.Tasks.Parallel:For,ForEach,Invoke

Parallel的全部方法都讓調用線程參與處理。調用Parallel方法的前提是：工做項必須能並行執行。另外，要避免會修改任何共享數據的工做項，不然多個線程同時處理可能會損壞數據。

重載版本：

接受ParallelOptions對象：

CancellationToke:容許取消操做。

Int32MaxDegreeOfParallelism：容許指定能夠併發操做的最大工做項目數。

TaskSchedulerTaskScheduler：容許指定要使用哪一個TaskScheduler。

任務局部初始化委託：爲參與工做的每一個任務都調用一次該委託。這個委託是在任務別要求處理一個工做項以前調用的。

主體委託：爲參與工做的各個線程所處理的每一項都調用一次該委託。

任務局部終結委託：爲參與工做的每個任務都調用一次該委託。這個委託是在任務處理好派發給它的全部工做項以後調用。即便主體委託代碼引起一個未處理的異常，也會調用它。

27.7 並行語言集成查詢（PLINQ）

 使用LINQ to Objects時，只有一個線程順序處理數據集合中的全部項：咱們稱之爲順序查詢。要提升處理性能，可使用並行LINQ（parallel LINQ），它將順序查詢轉換成並行查詢，在內部使用任務，將集合中的數據項的處理工做分散到多個CPU上，以便併發處理多個數據項。

AsParallel;AsSequential

27.8 執行定時計算限制操做

 System.Threading命名空間定義了一個Timer類，可用它讓一個線程池線程定時調用一個方法。

System.Threading的Timer類：要在一個線程池線程上執行定時的（週期性發生的）後臺任務，它是最好的計時器。

System.Windows.Forms的Timer類：構造這個類的實例，至關於告訴Windows將一個計時器和調用線程關聯。

System.Windows.Threading的DispatcherTimer類：這個類是System.Windows.Forms的Timer類在Silverlight和WPF應用程序中的等價物。

Windows.UI.Xaml的DispatcherTimer類：這個類是System.Windows.Forms的Timer類在Windows Store應用中的等價物。

System.Timers的Timer類：這個計時器本質上是System.Threading的Timer類包裝器。計時器到期（觸發）會致使CLR將事件放到線程池隊列中。（不建議使用）

27.9 線程池如何管理線程

27.9.1 設置線程池限制

CLR容許開發人員設置線程池要建立的最大線程數。但實踐證實，線程池永遠都不該該設置線程數上限，由於可能發生飢餓或死鎖。

27.9.2 如何管理工做者線程

ThreadPool.QueueUserWorkItem方法和TImer類老是將工做項放到全局隊列中。工做者線程採用一個先入先出（FIFO）算法將工做項從這個隊列中取出，並處理它們。因爲多個工做者線程可能同時從全局隊列中拿走工做項，因此全部工做者線程都競爭一個線程同步鎖，以保證兩個或多個線程不會獲取同一個工做項。

每一個工做者線程都有本身的本地隊列。工做者線程調度一個Task時，該Task被添加到調用線程的本地隊列。非工做者線程調度一個Task時，該Task被添加到全局隊列。工做者線程採用後入先出（LIFO）算法將任務從本地隊列中取出。因爲工做者線程是惟一容許訪問它本身的本地隊列頭的線程，因此無需同步鎖，並且在隊列中添加和刪除Task的速度很是快，