第二十七章 计算限制的异步操做

目录

27.1 CLR线程池基础

27.2 执行简单的计算限制操做

27.3 执行上下文

27.4 协做式取消和超时

27.5 任务

27.6 Parallel的静态For，ForEach和Invoke方法

27.7 并行语言集成查询（PLINQ）

27.8 执行定时计算限制操做

27.9 线程池如何管理线程

异步执行计算限制操做，容许线程池在多个CPU内核上调度任务，使多个线程能并发工做，从而高效率地使用系统资源，同时提高应用程序的吞吐能力。

27.1 CLR线程池基础

线程池是你的应用程序能使用的线程集合。每CLR一个线程池：这个线程池由CLR控制的全部AppDomain共享。

CLR初始化时，线程池中是没有线程的。在内部，线程池维护了一个操做请求队列。应用程序执行一个异步操做时，就调用某个方法，将一个记录项追加到线程池队列中。线程池的代码从这个队列中提取记录项，将这个记录项派发给一个线程池线程。

27.2 执行简单的计算限制操做

将一个异步的计算限制操做放到线程池队列中：ThreadPool类

static Boolean QueueUserWorkItem(WaitCallback callback);

static Boolean QueueUserWorkItem(WaitCallback callback, Object state); 

27.3 执行上下文

每一个线程都关联了一个执行上下文数据结构。执行上下文包括的东西有安全设置（压缩栈，Thread的Principal属性和Winodws身份）、宿主设置以及逻辑调用上下文数据。

ExecutionContext类：

[SecurityCritical] public static AsyncFlowControl SuppressFlow();

public static void RestoreFlow();

public static Boolean IsFlowSuppressed();

27.4 协做式取消和超时

 Microsoft .NET Framework 提供了标准的取消操做模式。这个模式是协做式的，意味着要取消的操做必须显示支持取消。

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

public struct CancellationToken：

CancellationToken 实例是轻量级值类型，包含单个私有字段，即对其CancellationToken的IsCancellationRequested属性，了解循环是否应该提早终止，从而终止计算限制的操做。

27.5 任务

System.Threading.Tasks命名空间

27.5.1 等待任务完成并获取结果

若是计算限制的任务抛出未处理的异常，异常会被“吞噬”并存储到一个集合中，而线程池线程能够返回到线程池中。调用Wait方法或者Result属性时，这些成员会抛出一个System.AggregateException对象

27.5.2 取消任务

可调用一个CancellationTokenSource取消Task。

27.5.3 任务完成时自动启动新任务

伸缩性好的软件不该该使线程阻塞

27.5.4 任务能够启动子任务

任务支持父/子关系。

27.5.5 任务内部揭秘

每一个Task对象都有一组字段，这些字段构成了任务的状态。其中包括一个Int32ID，表明Task执行状态的一个Int32，对父任务的引用，对Task建立时指定的TaskScheduler的引用，对回调方法的引用，对要传给回调方法的对象的引用，对ExecutionContext的引用以及对MenualResetEventSlim对象的引用。另外，每一个Task对象都有对根据须要建立的补充状态的引用。补充状态包含了一个CancellationToken，一个ContinueWithTask对象集合，为抛出未处理异常的子任务而准备的一个Task对象集合等。

首次构造Task对象时，它的状态时Created。之后，当任务启动时，它的状态变成WaitingToRun。Task实际在一个线程上运行时，它的状态变成Runing。任务中止运行，并等待它的任何子任务时，状态变成WaitingForChildrenToComplete。任务完成时进入如下状态之一：RanToCompletion（运行完成），Canceld（取消）或Faulted（出错）。

27.5.6 任务工厂

TaskFactory

27.5.7 任务调度器

TaskScheduler对象负责执行被调度的任务，同时向Visual Studio调试器公开任务信息。FCL提供了两个派生自TaskScheduler的类型：线程池任务调度器，和同步上下文任务调度器。任务调度器将任务调度给线程池的工做者线程。

27.6 Parallel的静态For，ForEach和Invoke方法

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

Parallel的全部方法都让调用线程参与处理。调用Parallel方法的前提是：工做项必须能并行执行。另外，要避免会修改任何共享数据的工做项，不然多个线程同时处理可能会损坏数据。

重载版本：

接受ParallelOptions对象：

CancellationToke:容许取消操做。

Int32MaxDegreeOfParallelism：容许指定能够并发操做的最大工做项目数。

TaskSchedulerTaskScheduler：容许指定要使用哪一个TaskScheduler。

任务局部初始化委托：为参与工做的每一个任务都调用一次该委托。这个委托是在任务别要求处理一个工做项以前调用的。

主体委托：为参与工做的各个线程所处理的每一项都调用一次该委托。

任务局部终结委托：为参与工做的每个任务都调用一次该委托。这个委托是在任务处理好派发给它的全部工做项以后调用。即便主体委托代码引起一个未处理的异常，也会调用它。

27.7 并行语言集成查询（PLINQ）

 使用LINQ to Objects时，只有一个线程顺序处理数据集合中的全部项：咱们称之为顺序查询。要提升处理性能，可使用并行LINQ（parallel LINQ），它将顺序查询转换成并行查询，在内部使用任务，将集合中的数据项的处理工做分散到多个CPU上，以便并发处理多个数据项。

AsParallel;AsSequential

27.8 执行定时计算限制操做

 System.Threading命名空间定义了一个Timer类，可用它让一个线程池线程定时调用一个方法。

System.Threading的Timer类：要在一个线程池线程上执行定时的（周期性发生的）后台任务，它是最好的计时器。

System.Windows.Forms的Timer类：构造这个类的实例，至关于告诉Windows将一个计时器和调用线程关联。

System.Windows.Threading的DispatcherTimer类：这个类是System.Windows.Forms的Timer类在Silverlight和WPF应用程序中的等价物。

Windows.UI.Xaml的DispatcherTimer类：这个类是System.Windows.Forms的Timer类在Windows Store应用中的等价物。

System.Timers的Timer类：这个计时器本质上是System.Threading的Timer类包装器。计时器到期（触发）会致使CLR将事件放到线程池队列中。（不建议使用）

27.9 线程池如何管理线程

27.9.1 设置线程池限制

CLR容许开发人员设置线程池要建立的最大线程数。但实践证实，线程池永远都不该该设置线程数上限，由于可能发生饥饿或死锁。

27.9.2 如何管理工做者线程

ThreadPool.QueueUserWorkItem方法和TImer类老是将工做项放到全局队列中。工做者线程采用一个先入先出（FIFO）算法将工做项从这个队列中取出，并处理它们。因为多个工做者线程可能同时从全局队列中拿走工做项，因此全部工做者线程都竞争一个线程同步锁，以保证两个或多个线程不会获取同一个工做项。

每一个工做者线程都有本身的本地队列。工做者线程调度一个Task时，该Task被添加到调用线程的本地队列。非工做者线程调度一个Task时，该Task被添加到全局队列。工做者线程采用后入先出（LIFO）算法将任务从本地队列中取出。因为工做者线程是惟一容许访问它本身的本地队列头的线程，因此无需同步锁，并且在队列中添加和删除Task的速度很是快，