在.NET上執行多線程操作要考慮的兩大因素

2019-11-17 04:20:27

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線程管理

線程管理現在變得越來越容易了。在.NET架構中，你可以從線程池中獲取線程。線程池是一個生成線程的工廠，如果它已經生成了一定數量的線程且還沒有被破壞的話，對它的調用會被阻止。但是，如何確保不會有太多的線程在規定時間內運行?畢竟，如果每個線程能夠占用一個CPU核的100%，那么有超過CPU核數量的線程運行，只會導致操作系統啟動線程時間分配，這將導致上下文切換和低效率運行。換句話說，同一核上的兩個線程不會以兩倍的時長完成，可能需要用兩倍再加10 %左右的時間來完成。與一個線程相比較的話，三個線程在同一核上想占用100 %的CPU使用率可能會需要3.25——3.5倍的時長來完成。我的經驗是，每個核都有多個線程試圖占用100 %的CPU，但它們都不能達到目標。

所以，要怎樣分配正在運行的線程數量呢?

有一個辦法是在線程之間建立一個共享的旗語對象。在線程開始運行前，它會嘗試調用旗語的WaitOne模式，并在完成后釋放旗語。對CPU的核數量設置旗語限制，(使用EnvironmentPRocessorCount功能限定);這將防止您的系統在同一時間運行的線程數多于核數量。與此同時，從線程池中拉出線程將確保您不會在同一時間創建過多線程。如果一次創建線程過多，即使他們并沒運行，那也是浪費系統資源。因為每個線程都要消耗資源。使用旗語的一般模式如下所示：

以下為引用的內容：
　　 static Semaphore threadBlocker;

　　static void Execute(object state)

　　{ threadBlocker.WaitOne(); //Do work threadBlocker.Release(); }

　　static void RunThreads()

　　{ threadBlocker = new Semaphore(0, Environment.ProcessorCount); for (int x = 0; x <= 2000; x++) {ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback (Execute)); } }

當然還有其他一些辦法可以解決這一問題。前一段時間我想要保持對象的一份〈T〉清單。每個對象代表每個工人部件的完整狀態。執行和完成時，工人部件都會被填入數據。并且他會設置某個功能以指示任務完成。主線程將掃描對象清單，如果運行的線程數量足夠少，就開始運行另一個。說實話，雖然這個方法可行，但對于代碼和調試來說這絕對是個噩夢，所以我一點也不推薦。

數據完整性

總體而言，在數據完整性方面，你要擔心的問題是競爭條件和死鎖。多個線程試圖在同一時間更新相同的對象就會造成競爭條件，這將招致麻煩。想象一下如果使用下面這段代碼：

以下為引用的內容：
　　int x = 5;

　　x = x + 10;

現在，如果線程A和線程B在同一時間運行此代碼，將會發生什么情況?它可以運行得很好?還是會出現什么問題?如果出現問題，又是些怎樣的問題呢?每個線程都不會一次執行全部語句。因此，我們可以按照以下順序操作：

以下為引用的內容：
　　1. Thread A retrieves the value of x (5).

　　2. Thread B retrieves the value of x (5).

　　3. Thread A assigns x + 10 (15) to x.

　　4. Thread B assigns x + 10 (15) to x.

　　5. x is now equal to 15.

或者，相同的代碼可以按照不同的順序：

以下為引用的內容：
　　1. Thread A retrieves the value of x (5).

　　2. Thread A assigned x = 10 (15) to x.

　　3. Thread B retrieves the value of x (15).

　　4. Thread B assigns x + 10 (25) to x.

5. x is now equal to 25.
在.NET架構中，最簡單也最常見的解決競爭條件的方法是使用“臨界區”。而在VB.NET中，該語句是“加鎖”，并在C#中是“鎖定”，這兩種語句都是把對象作為參數。其他嘗試鎖定相同對象實例使用的臨界區(包括上文所指的)會阻止運行直到鎖定解除，這樣每次就只有一個臨界區運行。我們先前舉例的一段代碼現在看起來是這樣的：

以下為引用的內容：
　　int x = 5;

　　object lockObject = new object();

　　Monitor.Enter(lockObject);

　　x = x + 10;

　　Monitor.Exit(lockObject);

什么是監控器可以提供而臨界區做不到的呢?答案是沒有。除非你在解鎖后需要更細粒度的控制權。有些復雜的代碼可能需要鎖定或長或短的一段時間，這都取決于運行的情況，比方一個變量的值。在這種情況下，選擇監控器要比需選擇臨界區更合適。

另一個值得關注的有關數據完整性的問題是死鎖。當多個線程鎖定資源導致它們都不能夠繼續運行時，就會出現死鎖。例如：

以下為引用的內容：
　　Thread A:

　　Monitor.Enter(object1);

　　Monitor.Enter(object2);

　　//Do work

　　Monitor.Exit(object1);

　　Monitor.Exit(object2);