.net中ThreadPool與Task的認識總結

     線程池和Task是多線程編程中兩個常用的技術，你們在熟悉不過了。他們有什麼關聯關係？Task又是怎麼工做的呢？估計不少時候會犯糊塗。經過翻閱資料，終於弄明白了，與你們分享一下。

 

工做線程與I/O線程
     在ThreadPool中有這樣一個方法：

public static bool SetMaxThreads(int workerThreads, int completionPortThreads);

    此方法中有兩個參數：workerThreads和completionPortThreads。這兩個參數引伸出了兩個概念：輔助線程（也叫工做線程）和異步 I/O 線程。這兩個線程有什麼區別麼？經過查閱資料，咱們能夠了解到，工做線程其實就是咱們編碼主動向ThreadPool中建立的線程。而I/O線程是線程池中預先保留出來的部分線程，這部分線程的做用是爲了分發從IOCP（I/O completion port） 中的回調。

    那麼什麼是IOCP回調呢？

    在CLR內部，系統維護了一個IOCP（I/O completion port），它提供了處理多個異步I/O請求的線程模型。咱們能夠把IOCP看作是一個消息隊列。當一個進程建立了一個IOCP，即建立了一個隊列。當異步I/O請 求完成時，設備驅動程序就會生成一個I/O完成包,將它按照FIFO方式排隊列入該完成端口。以後，會由I/O線程提取完成I/O請求包，並調用以前的委託。注意：異步調用服務時，回調函數都是運行於CLR線程池的I/O線程當中。

    I/O線程是由CLR調用的，一般狀況下，咱們不會直接用到它 。可是線程池中區分它們的目的是爲了不線程都去處理I/O回調而被耗盡，從而引起死鎖。在編程時，開發人員須要關注的是確保I/O線程返回到線程池，I/O回調代碼應該作儘可能小的工做，並儘快返回到線程池，不然I/O線程會很快消耗光。若是回調代碼中的工做不少的話，應該考慮把工做拆分到一個工做者線程中去。不然，I/O線程被耗盡，大量工做線程空閒，可能致使死鎖。

    再補充一下，當執行I/O操做的時候，不管是同步I/O操做仍是異步I/O操做，都會調用的Windows的API方法，好比，當讀取文件時，調用ReadFile函數。該方法會將你的當前線程從用戶態轉變成內核態，會生成一個I/O請求包，並初始化這個請求包。ReadFile會向內核傳遞，根據這個請求包，windows內核知道須要將這個I/O操做發送給哪一個硬件設備。這些I/O操做會進入設備本身的處理隊列中，該隊列由這個設備的驅動程序維護。

    若是此時是同步I/O操做，那麼在硬件設備操做I/O的時候，發出I/O請求的線程因爲無事可作被windows變成睡眠狀態，當硬件設備完成操做後，再喚醒這個線程。這種方式很是直接，可是性能不高，若是請求數不少，那麼休眠的線程數也不少，浪費了大量資源。

    若是是異步I/O操做（.Net中，異步的I/O操做大部分爲BeginXXX的形式 ），該方法在Windows把I/O請求包發送到設備的處理隊列後就返回。同時，在調用異步I/O操做時，即調用BeginXXX方法的時候，須要傳入一個委託，該委託方法會隨着I/O請求包一路傳遞到設備的驅動程序。在設備處理完I/O請求包後，將該委託再放到CLR線程池隊列。

    總結來講，IOCP（I/O completion port）中有2個隊列，一個是先進先出的隊列，存放的是IO完成包，即已經完成的IO操做須要執行回調方法。還有一個隊列是線程隊列，IOCP會預分配一些線程在這個隊列中，這樣會比即時建立線程處理I/O請求速度更快。這個隊列是後進先出的，好處是下一個請求的到來可能仍是用以前的線程來處理，就不須要進行線程上下文切換，提升了性能。

    這裏有一個IOCP的解釋，寫的很好。http://gamebabyrocksun.blog.163.com/blog/static/57153463201036104134250/ 

Task的運行原理分析

    Task與ThreadPool什麼關係呢？簡單來講，Task是基於ThreadPool實現的，固然被標記爲LongRunning的Task（單首創建線程實現）除外。Task被建立後，經過TaskScheduler執行工做項的分配。TaskScheduler會把工做項存儲到兩類隊列中： 全局隊列與本地隊列。全局隊列被設計爲FIFO的隊列。本地隊列存儲在線程中，被設計爲LIFO.

    當主程序建立了一個Task後，因爲建立這個Task的線程不是線程池中的線程，則TaskScheduler 會把該Task放入全局隊列中。

    若是這個Task是由線程池中的線程建立，而且未設置TaskCreationOptions.PreferFairness標記（默認狀況下未設置），TaskScheduler 會把該Task放入到該線程的本地隊列中。若是設置了TaskCreationOptions.PreferFairness標記，則放入全局隊列。

    官方的解釋是： 最高級任務（即不在其餘任務的上下文中建立的任務）與任何其餘工做項同樣放在全局隊列上。 可是，嵌套任務或子任務（在其餘任務的上下文中建立）的處理方式大不相同。 子任務或嵌套任務放置在特定於執行父任務的線程的本地隊列上。 父任務多是最高級任務，也多是其餘任務的子任務。

    那麼任務放入到兩類隊列中後，是如何被執行的呢？

    當線程池中的線程準備好執行更多工做時，首先查看本地隊列。 若是工做項在此處等待，直接經過LIFO的模式獲取執行。 若是沒有，則向全局隊列以FIFO的模式獲取工做項。若是全局隊列也沒有工做項，則查看其餘線程的本地隊列是否有可執行工做項，若是存在可執行工做項，則以FIFO的模式出隊執行。