.NET基础知识-进程与线程

2020-08-10 18:34:54 阅读：327 来源： 互联网

线程基础

　　我们运行一个exe，就是一个进程实例，系统中有很多个进程。每一个进程都有自己的内存地址空间，每个进程相当于一个独立的边界，有自己的独占的资源，进程之间不能共享代码和数据空间。

　　每一个进程有一个或多个线程，进程内多个线程可以共享所属进程的资源和数据，线程是操作系统调度的基本单元。线程是由操作系统来调度和执行的，她的基本状态如下图：

线程的开销及调度

　　当我们创建了一个线程后，线程里面到底有些什么东西呢？主要包括线程内核对象、线程环境块、1M大小的用户模式栈、内核模式栈。其中用户模式栈对于普通的系统线程那1M是预留的，在需要的时候才会分配，但是对于CLR线程，那1M是一开始就分类了内存空间的。

补充一句，CLR线程是直接对应于一个Windows线程的。

　　计算机的核心计算资源就是CPU核心和CPU寄存器，这也就是线程运行的主要战场。操作系统中那么多线程（一般都有上千个线程，大部分都处于休眠状态），对于单核CPU，一次只能有一个线程被调度执行，那么多线程怎么分配的呢？Windows系统采用时间轮询机制，CPU计算资源以时间片(大约30ms)的形式分配给执行线程。

　　计算机资源（CPU核心和CPU寄存器）一次只能调度一个线程，具体的调度流程：

把CPU寄存器内的数据保存到当前线程内部（线程上下文等地方），给下一个线程腾地方；
线程调度：在线程集合里取出一个需要执行的线程；
加载新线程的上下文数据到CPU寄存器；
新线程执行，享受她自己的CPU时间片（大约30ms），完了之后继续回到第一步，继续轮回；

　　上面线程调度的过程，就是一次线程切换，一次切换就涉及到线程上下文等数据的搬入搬出，性能开销是很大的。因此线程不可滥用，线程的创建和消费也是很昂贵的，这也是为什么建议尽量使用线程池的一个主要原因。

　　对于Thread的使用太简单了，这里就不重复了，总结一下线程的主要几点性能影响：

线程的创建、销毁都是很昂贵的；
线程上下文切换有极大的性能开销，当然假如需要调度的新线程与当前是同一线程的话，就不需要线程上下文切换了，效率要快很多；
这一点需要注意，GC执行回收时，首先要（安全的）挂起所有线程，遍历所有线程栈（根），GC回收后更新所有线程的根地址，再恢复线程调用，线程越多，GC要干的活就越多；

　　当然现在硬件的发展，CPU的核心越来越多，多线程技术可以极大提高应用程序的效率。但这也必须在合理利用多线程技术的前提下，了线程的基本原理，然后根据实际需求，还要注意相关资源环境，如磁盘IO、网络等情况综合考虑。

多线程

　　单线程的使用这里就略过了。上面总结了线程的诸多不足，因此微软提供了可供多线程编程的各种技术，如线程池、任务、并行等等。

　　线程池ThreadPool

　　线程池的使用是非常简单的，如下面的代码，把需要执行的代码提交到线程池，线程池内部会安排一个空闲的线程来执行你的代码，完全不用管理内部是如何进行线程调度的。

ThreadPool.QueueUserWorkItem(t => Console.WriteLine("Hello thread pool"));

　　每个CLR都有一个线程池，线程池在CLR内可以多个AppDomain共享，线程池是CLR内部管理的一个线程集合，初始是没有线程的，在需要的时候才会创建。线程池的主要结构，基本流程如下：

线程池内部维护一个请求列队，用于缓存用户请求需要执行的代码任务，就是ThreadPool.QueueUserWorkItem提交的请求；
有新任务后，线程池使用空闲线程或新线程来执行队列请求；
任务执行完后线程不会销毁，留着重复使用；
线程池自己负责维护线程的创建和销毁，当线程池中有大量闲置的线程时，线程池会自动结束一部分多余的线程来释放资源；

　　线程池是有一个容量的，因为他是一个池子嘛，可以设置线程池的最大活跃线程数，调用方法ThreadPool.SetMaxThreads可以设置相关参数。但很多编程实践里都不建议程序猿们自己去设置这些参数，其实微软为了提高线程池性能，做了大量的优化，线程池可以很智能的确定是否要创建或是消费线程，大多数情况都可以满足需求了。

线程池使得线程可以充分有效地被利用，减少了任务启动的延迟，也不用大量的去创建线程，避免了大量线程的创建和销毁对性能的极大影响。

　　上面了解了线程的基本原理和诸多优点后，如果你是一个爱思考的猿类，应该会很容易发现很多疑问，比如把任务添加到线程池队列后，怎么取消或挂起呢？如何知道她执行完了呢？下面来总结一下线程池的不足：

线程池内的线程不支持线程的挂起、取消等操作，如想要取消线程里的任务，.NET支持一种协作式方式取消，使用起来也不少很方便，而且有些场景并不满足需求；
线程内的任务没有返回值，也不知道何时执行完成；
不支持设置线程的优先级，还包括其他类似需要对线程有更多的控制的需求都不支持；

　　因此微软为我们提供了另外一个东西叫做Task来补充线程池的某些不足。

　　任务Task与并行Parallel

　　任务Task与并行Parallel本质上内部都是使用的线程池，提供了更丰富的并行编程的方式。任务Task基于线程池，可支持返回值，支持比较强大的任务执行计划定制等功能，下面是一个简单的示例。Task提供了很多方法和属性，通过这些方法和属性能够对Task的执行进行控制，并且能够获得其状态信息。Task的创建和执行都是独立的，因此可以对关联操作的执行拥有完全的控制权。

//创建一个任务
Task<int> t1 = new Task<int>(n =>
{
    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
    return (int)n;
}, 1000);
//定制一个延续任务计划
t1.ContinueWith(task =>
{
    Console.WriteLine("end" + t1.Result);
}, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);
t1.Start();
//使用Task.Factory创建并启动一个任务
var t2 = System.Threading.Tasks.Task.Factory.StartNew(() =>
{
    Console.WriteLine("t1:" + t1.Status);
});
Task.WaitAll();
Console.WriteLine(t1.Result);

　　并行Parallel内部其实使用的是Task对象（TPL会在内部创建System.Threading.Tasks.Task的实例），所有并行任务完成后才会返回。少量短时间任务建议就不要使用并行Parallel了，并行Parallel本身也是有性能开销的，而且还要进行并行任务调度、创建调用方法的委托等等。

标签：Task,创建,基础知识,任务,线程,NET,执行,CPU
来源： https://www.cnblogs.com/hypo106/p/13471426.html

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