執行緒基礎

　　我們執行一個exe，就是一個程序例項，系統中有很多個程序。每一個程序都有自己的記憶體地址空間，每個程序相當於一個獨立的邊界，有自己的獨佔的資源，程序之間不能共享程式碼和資料空間。

　　每一個程序有一個或多個執行緒，程序內多個執行緒可以共享所屬程序的資源和資料，執行緒是作業系統排程的基本單元。執行緒是由作業系統來排程和執行的，她的基本狀態如下圖：

執行緒的開銷及排程

　　當我們建立了一個執行緒後，執行緒裡面到底有些什麼東西呢？主要包括執行緒核心物件、執行緒環境塊、1M大小的使用者模式棧、核心模式棧。其中使用者模式棧對於普通的系統執行緒那1M是預留的，在需要的時候才會分配，但是對於CLR執行緒，那1M是一開始就分類了記憶體空間的。

補充一句，CLR執行緒是直接對應於一個Windows執行緒的。

　　計算機的核心計算資源就是CPU核心和CPU暫存器，這也就是執行緒執行的主要戰場。作業系統中那麼多執行緒（一般都有上千個執行緒，大部分都處於休眠狀態），對於單核CPU，一次只能有一個執行緒被排程執行，那麼多執行緒怎麼分配的呢？Windows系統採用時間輪詢機制，CPU計算資源以時間片(大約30ms)的形式分配給執行執行緒。

　　計算機資源（CPU核心和CPU暫存器）一次只能排程一個執行緒，具體的排程流程：

• 把CPU暫存器內的資料儲存到當前執行緒內部（執行緒上下文等地方），給下一個執行緒騰地方；
• 執行緒排程：線上程集合裡取出一個需要執行的執行緒；
• 載入新執行緒的上下文資料到CPU暫存器；
• 新執行緒執行，享受她自己的CPU時間片（大約30ms），完了之後繼續回到第一步，繼續輪迴；

　　上面執行緒排程的過程，就是一次執行緒切換，一次切換就涉及到執行緒上下文等資料的搬入搬出，效能開銷是很大的。因此執行緒不可濫用，執行緒的建立和消費也是很昂貴的，這也是為什麼建議儘量使用執行緒池的一個主要原因。

　　對於Thread的使用太簡單了，這裡就不重複了，總結一下執行緒的主要幾點效能影響：

• 執行緒的建立、銷燬都是很昂貴的；
• 執行緒上下文切換有極大的效能開銷，當然假如需要排程的新執行緒與當前是同一執行緒的話，就不需要執行緒上下文切換了，效率要快很多；
• 這一點需要注意，GC執行回收時，首先要（安全的）掛起所有執行緒，遍歷所有執行緒棧（根），GC回收後更新所有執行緒的根地址，再恢復執行緒呼叫，執行緒越多，GC要乾的活就越多；

　　當然現在硬體的發展，CPU的核心越來越多，多執行緒技術可以極大提高應用程式的效率。但這也必須在合理利用多執行緒技術的前提下，了執行緒的基本原理，然後根據實際需求，還要注意相關資源環境，如磁碟IO、網路等情況綜合考慮。

多執行緒

　　單執行緒的使用這裡就略過了。上面總結了執行緒的諸多不足，因此微軟提供了可供多執行緒程式設計的各種技術，如執行緒池、任務、並行等等。

　　執行緒池ThreadPool

　　執行緒池的使用是非常簡單的，如下面的程式碼，把需要執行的程式碼提交到執行緒池，執行緒池內部會安排一個空閒的執行緒來執行你的程式碼，完全不用管理內部是如何進行執行緒排程的。

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

　　每個CLR都有一個執行緒池，執行緒池在CLR內可以多個AppDomain共享，執行緒池是CLR內部管理的一個執行緒集合，初始是沒有執行緒的，在需要的時候才會建立。執行緒池的主要結構，基本流程如下：

• 執行緒池內部維護一個請求列隊，用於快取使用者請求需要執行的程式碼任務，就是ThreadPool.QueueUserWorkItem提交的請求；
• 有新任務後，執行緒池使用空閒執行緒或新執行緒來執行佇列請求；
• 任務執行完後執行緒不會銷燬，留著重複使用；
• 執行緒池自己負責維護執行緒的建立和銷燬，當執行緒池中有大量閒置的執行緒時，執行緒池會自動結束一部分多餘的執行緒來釋放資源；

　　執行緒池是有一個容量的，因為他是一個池子嘛，可以設定執行緒池的最大活躍執行緒數，呼叫方法ThreadPool.SetMaxThreads可以設定相關引數。但很多程式設計實踐裡都不建議程式猿們自己去設定這些引數，其實微軟為了提高執行緒池效能，做了大量的優化，執行緒池可以很智慧的確定是否要建立或是消費執行緒，大多數情況都可以滿足需求了。

執行緒池使得執行緒可以充分有效地被利用，減少了任務啟動的延遲，也不用大量的去建立執行緒，避免了大量執行緒的建立和銷燬對效能的極大影響。

　　上面瞭解了執行緒的基本原理和諸多優點後，如果你是一個愛思考的猿類，應該會很容易發現很多疑問，比如把任務新增到執行緒池佇列後，怎麼取消或掛起呢？如何知道她執行完了呢？下面來總結一下執行緒池的不足：

• 執行緒池內的執行緒不支援執行緒的掛起、取消等操作，如想要取消執行緒裡的任務，.NET支援一種協作式方式取消，使用起來也不少很方便，而且有些場景並不滿足需求；
• 執行緒內的任務沒有返回值，也不知道何時執行完成；
• 不支援設定執行緒的優先順序，還包括其他類似需要對執行緒有更多的控制的需求都不支援；

　　因此微軟為我們提供了另外一個東西叫做Task來補充執行緒池的某些不足。

　　任務Task與並行Parallel

　　任務Task與並行Parallel本質上內部都是使用的執行緒池，提供了更豐富的並行程式設計的方式。任務Task基於執行緒池，可支援返回值，支援比較強大的任務執行計劃定製等功能，下面是一個簡單的示例。Task提供了很多方法和屬性，通過這些方法和屬效能夠對Task的執行進行控制，並且能夠獲得其狀態資訊。Task的建立和執行都是獨立的，因此可以對關聯操作的執行擁有完全的控制權。

//建立一個任務
Task<int> t1 = new Task<int>(n =>
{
    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
    return (int)n;
}, 1000);
//定製一個延續任務計劃
t1.ContinueWith(task =>
{
    Console.WriteLine("end" + t1.Result);
}, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);
t1.Start();
//使用Task.Factory建立並啟動一個任務
var t2 = System.Threading.Tasks.Task.Factory.StartNew(() =>
{
    Console.WriteLine("t1:" + t1.Status);
});
Task.WaitAll();
Console.WriteLine(t1.Result);

　　並行Parallel內部其實使用的是Task物件（TPL會在內部建立System.Threading.Tasks.Task的例項），所有並行任務完成後才會返回。少量短時間任務建議就不要使用並行Parallel了，並行Parallel本身也是有效能開銷的，而且還要進行並行任務排程、建立呼叫方法的委託等等。