異步、多線程、任務、並行編程：選擇合適的多線程模型

 

本篇概述：

@FCL4.0中已經存在的線程模型，以及它們之間異同點；

@多線程編程模型的選擇。

 

1：異步、多線程、任務、並行的本質

這四個概念對應在CLR中的本質，本質都是多線程。

異步，簡單的講就是BeginInvoke、EndInvoke模式，它在CLR內部線程池進行管理；

多線程，體如今C#中，能夠由類型Thread發起。也能夠由ThreadPool發起。前者不受CLR線程池管理，後者則是。FCL團隊爲了各類編程模型的方便，還另外提供了BackgroundWorker和若干個Timer，基本上它們都是ThreadPool的增強，增長了一些和調用者線程的交互功能；

任務（Task），爲FCL4.0新增的功能，在一個稱之爲任務並行庫（TPL）的地方，其實也就是System.Threading.Tasks命名空間下。任務並行庫名字取的很玄乎，其實它也是CLR線程池的增強。優化了線程間的調度算法，增長了和調用者線程的交互功能；

並行（Parallel），爲FCL4.0新增的功能，也屬於TPL。並行在後臺使用Task進行管理，說白了，由於Task使用的線程池線程，因此Parallel天然使用的也是線程池線程進行管理，它的本質僅僅是進一步簡化了Task。在這裏要增進一個對於並行的理解。實際上，多線程自然就是並行的。及時不用任務並行庫，用Thread類型新起兩個線程，CLR或者說Windows系統也會將這兩個線程根據須要安排到兩個CPU上去執行。因此，並非由於多了任務並行庫，CLR才支持並行計算，任務並行庫只是提供了一組API，使咱們可以更好的操縱線程進行並行開發而已。

2：遺憾

Jeffrey Richter大叔說，微軟提供了這麼多線程模型，是遺憾的，由於這製造了混亂。不少開發者都不知道該選用哪一個類型來編寫本身的多線程代碼。咱們對微軟老是又愛又恨，它老是不停的更新一些東西，逼迫咱們不停的學習。可是也好，進步致使它不會過早死掉，讓咱們完全失掉飯碗。
C#剛出來的被人笑，如今它的不少語法特性已經比Java優美。不少時候咱們太擅長於嘲笑，以至最後只能哭。順便說一句，我依然是那麼的喜歡JAVA，只是好久沒用它而已。

3：如今，該用什麼來編寫多線程 

若是你在FRAMEWORK4.0下編寫代碼，那麼應該按照這個優先級來撰寫多線程代碼： 

優先	次優先	不得以
Parallel（含擴展庫PLinq） Task	ThreadPool（BackgroundWorker，Timer） 異步	Thread

這個表知足了大部分狀況下的一個優先級指導，但在某些狀況下會有例外。

3.1：爲何 Parallel和Task優先級同樣，而不是優於Task？

Parallel雖然在後臺使用Task進行管理，而且它所謂簡化了對於Task的操做，可是它有一個重要的特徵區別與Task：Parallel會阻滯調用者線程。查看Paralle的成員，有For、ForEach、Invoke方法，它甚至都沒提供一個BeginInvoke方法，也很好的暗示了這一點。不過雖然是同步的執行的，Parallel仍是會把多個任務分配到多個CPU上去。
Task被用的最多的是Start方法，它不會阻滯主線程。雖然Task也提供了同步的啓動線程的方法RunSynchronously，但通常用的很少。 

3.2：什麼時候用異步，什麼時候用線程或線程池

這須要從「IO操做的DMA（Direct Memory Access）模式」講起。經過DMA的數據交換幾乎能夠不損耗CPU的資源。在硬件部分，硬盤、網卡、聲卡、顯卡等都有DMA功能。能夠簡單的認爲，當咱們的工做線程須要操做I/O資源的時候（如讀取一個大文件、讀取一個網頁、讀取Socke包等），咱們就須要用異步去作這些事情。異步模式只會在工做開始以及工做結束的時候佔用CLR線程池，其它時候由硬盤、網卡等硬件設備來處理具體的工做，這就不會過多佔用到CPU空間和時間損耗。 

歸納而言：

計算密集型工做，直接採用線程；

IO密集型工做，採用異步機制；

當咱們不清楚什麼工做是I/O密集型的，一個不是很恰當的指導就是：查看FCL類型成員，若是成員提供了相似BeginDosomething方法的，則優先使用它，而不是新起一個線程或丟到線程池。

3.3：線程池的優點

新起線程，會帶來很大的開銷，這些開銷主要集中在：分配線程內核對象、線程環境塊、用戶模式棧、內核模式棧所須要的內存空間，加載的DLL的DLLMain方法，並傳遞鏈接標誌，以及線程上下文切換。因爲線程如此昂貴，因此對於普通的開發要求來講，線程池就是一個很好的選擇。線程池替開發人員管理工做線程，當一項工做完畢的時候，CLR不會銷燬這個線程，而是會保留這個線程一段時間，看是否有別的工做須要這個線程。至於什麼時候銷燬或新起線程，由CLR決定。

3.4：什麼時候用Thread 
以上的各類線程模型，它們最終都是Thread。 那麼何時須要Thread直接出場呢？

最重要的使用Thread的理由是，咱們須要控制線程的優先級。Thread之上的線程模型都不支持優先級設置。設置一個線程的高優先級可使它得到更多的CPU時間；

再者，能夠控制線程爲前臺線程。固然，由Thread新起的線程默認就是前臺線程。前臺線程不隨着調用者線程的中斷而中斷，這使得咱們能夠用Thread來進行一些關鍵性的操做。