異步、多線程、任務、并行編程之一：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、并行的本質

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，體現在C#中，可以由類型Thread發起。也可以由ThreadPool發起。前者不受CLR線程池管理，后者則是。FCL團隊為了各種編程模型的方便，還另外提供了BackgroundWorker和若干個Timer，基本上它們都是ThreadPool的加強，增加了一些和調用者線程的交互功能；

任務（Task），為FCL4.0新增的功能，在一個稱之為任務并行庫（TPL）的地方，其實也就是System.Threading.Tasks命名空間下。任務并行庫名字取的很玄乎，其實它也是CLR線程池的加強。優化了線程間的調度算法，增加了和調用者線程的交互功能；

并行（Parallel），為FCL4.0新增的功能，也屬于TPL。并行在后臺使用Task進行管理，說白了，因為Task使用的線程池線程，所以Parallel自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。在這里要增進一個對于并行的理解。實際上，多線程天然就是并行的。及時不用任務并行庫，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需要安排到兩個CPU上去執行。所以，并不是因為多了任務并行庫，CLR才支持并行計算，任務并行庫只是提供了一組API，使我們能夠更好的操縱線程進行并行開發而已。

2：遺憾

Jeffrey Richter大叔說，微軟提供了這么多線程模型，是遺憾的，因為這制造了混亂。很多開發者都不知道該選用哪個類型來編寫自己的多線程代碼。我們對微軟總是又愛又恨，它總是不停的更新一些東西，逼迫我們不停的學習。但是也好，進步導致它不會過早死掉，讓我們徹底失掉飯碗。
C#剛出來的被人笑，現在它的很多語法特性已經比Java優美。很多時候我們太擅長于嘲笑，以致最后只能哭。順便說一句，我依然是那么的喜歡JAVA，只是很久沒用它而已。

3：現在，該用什么來編寫多線程 

如果你在FRAMEWORK4.0下編寫代碼，那么應該按照這個優先級來撰寫多線程代碼： 

這個表滿足了大部分情況下的一個優先級指導，但在某些情況下會有例外。

3.1：為什么 Parallel和Task優先級一樣，而不是優于Task？

Parallel雖然在后臺使用Task進行管理，并且它所謂簡化了對于Task的操作，但是它有一個重要的特征區別與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還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也提供了同步的啟動線程的方法RunSynchronously，但一般用的不多。 

3.2：何時用異步，何時用線程或線程池

這需要從“IO操作的DMA（Direct Memory Access）模式”講起。通過DMA的數據交換幾乎可以不損耗CPU的資源。在硬件部分，硬盤、網卡、聲卡、顯卡等都有DMA功能。可以簡單的認為，當我們的工作線程需要操作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），我們就需要用異步去做這些事情。異步模式只會在工作開始以及工作結束的時候占用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作，這就不會過多占用到CPU空間和時間損耗。 

概括而言：

計算密集型工作，直接采用線程；

IO密集型工作，采用異步機制；

當我們不清楚什么工作是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，如果成員提供了類似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：線程池的優勢

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、內核模式棧所需要的內存空間，加載的DLL的DLLMain方法，并傳遞連接標志，以及線程上下文切換。由于線程如此昂貴，所以對于普通的開發要求來說，線程池就是一個很好的選擇。線程池替開發人員管理工作線程，當一項工作完畢的時候，CLR不會銷毀這個線程，而是會保留這個線程一段時間，看是否有別的工作需要這個線程。至于何時銷毀或新起線程，由CLR決定。

3.4：何時用Thread 
以上的各種線程模型，它們最終都是Thread。 那么什么時候需要Thread直接出場呢？

最重要的使用Thread的理由是，我們需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以使它獲得更多的CPU時間；

再者，可以控制線程為前臺線程。當然，由Thread新起的線程默認就是前臺線程。前臺線程不隨著調用者線程的中斷而中斷，這使得我們可以用Thread來進行一些關鍵性的操作。