C#并發(fā)編程入門教程之概述

寫在前面

并發(fā)編程一直都存在，只不過過去的很長時間里，比較難以實現(xiàn)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人口紅利的釋放，更加友好的支持并發(fā)編程已經(jīng)成了主流編程語言的標(biāo)配，而對于軟件開發(fā)人員來說，沒有玩過并發(fā)編程都會有點不好意思。本系列文章將會以C#語言為主，詳細介紹并發(fā)編程。

什么是并發(fā)編程，其實很簡單，并發(fā)編程就是在一臺處理器上同時做多件事情，并發(fā)編程的目標(biāo)就是充分利用處理器的每一個核，以達到最高的處理性能。舉個例子，服務(wù)器在響應(yīng)第一個請求的同時響應(yīng)第二個請求。

關(guān)于并發(fā)編程的幾個誤解

誤解一：并發(fā)編程就是多線程

實際上多線只是并發(fā)編程的一中形式，在C#中還有很多更實用、更方便的并發(fā)編程技術(shù)，包括異步編程、并行編程、TPL數(shù)據(jù)流、響應(yīng)式編程等。

誤解二：只有大型服務(wù)器程序才需要考慮并發(fā)

服務(wù)器端的大型程序要響應(yīng)大量客戶端的數(shù)據(jù)請求，當(dāng)然要充分考慮并發(fā)。但是桌面程序和手機、平板等移動端應(yīng)用同樣需要考慮并發(fā)編程，因為它們是直接面向最終用戶的，而現(xiàn)在用戶對使用體驗的要求越來越高。程序必須能隨時響應(yīng)用戶的操作，尤其是在后臺處理時（讀寫數(shù)據(jù)、與服務(wù)器通信等），這正是并發(fā)編程的目的之一。

誤解三：并發(fā)編程很復(fù)雜、必須掌握很多底層技術(shù)

C# 和 .NET 提供了很多程序庫，并發(fā)編程已經(jīng)變得簡單多了。尤其是 .NET 4.5 推出了全新的 async 和 await 關(guān)鍵字，使并發(fā)編程的代碼減少到了最低限度。

并發(fā)編程的方向

多線程

線程是一個獨立的運行單元，是操作系統(tǒng)中能夠進行運算調(diào)度的最小單位，它包含于進程之中，是進程中的實際運行單位。每個線程都有自己獨立的棧，但是與進程內(nèi)的其他線程共享內(nèi)存?，F(xiàn)在的.NET程序都維護了一個線程池，里面有著一定數(shù)量的工作線程，這些線程等待著執(zhí)行分配下來的任務(wù)，線程池也可以隨時監(jiān)測線程的數(shù)量，以備開發(fā)者根據(jù)業(yè)務(wù)情況靈活處理。

并行編程

并行編程主要用于分解計算密集型的任務(wù)片段，并將其分配給多個線程。前提是，程序中的任務(wù)可以分割成多個相互獨立的任務(wù)塊，關(guān)鍵字是相互獨立，如果依賴太大，就不適合用并行編程。

并行編程利用CPU的空閑資源，充分提高了CPU的利用率，提高了系統(tǒng)的吞吐量。在大多數(shù)情況下，服務(wù)器本身就已經(jīng)具備了并行處理能力，當(dāng)通過編程進行并行處理的時候，需要慎重，因為使用不當(dāng)將會導(dǎo)致內(nèi)存溢出等風(fēng)險，同時也會因為占用服務(wù)器資源而導(dǎo)致服務(wù)器本身的并行處理能力顯著下降，嚴(yán)重的時候回導(dǎo)致系統(tǒng)無法使用。所以在進行編程的時候，盡量不要處理過長或者過短的任務(wù)。

并行處理分為數(shù)據(jù)并行和任務(wù)并行，其實他們都使用到了動態(tài)調(diào)整的分割算法，在任務(wù)分割后分配給工作線程?？梢酝ㄟ^以下兩種方式實現(xiàn)并行編程，一種是Parallel.ForEach以及更加優(yōu)美的PLINQ，這是并行編程的推薦處理方式，并且它們自帶自動分配任務(wù)的算法，可以在運行時進行調(diào)整；

在編寫并行任務(wù)的時候，需要注意的是閉包所帶來的風(fēng)險。因為閉包捕獲的是引用而不是值，所以可以在不經(jīng)意間共享這些變量。一個比較好的處理就是，在使用閉包外的變量的時候，可以在閉包內(nèi)定義局部變量，用以規(guī)避閉包帶來的變量共享問題。

需要說明的是，線程池會根據(jù)需要增加線程數(shù)量，線程池采用的是工作竊取隊列，以盡可能的達到高效

異步編程

目前最常用的異步編程模型是TAB編程（基于任務(wù)的編程模式）。異步編程提高了響應(yīng)能力，也實現(xiàn)了可擴展性。比較直觀的是，大家在處理Winform的時候遇到過界面卡死的情況，異步編程可以在程序運行的過程中繼續(xù)相應(yīng)用戶的輸入，而不會導(dǎo)致界面卡死，并提高了提高服務(wù)器端應(yīng)用的TPS（Transactions Per Second）和 QPS （Queries Per Second）。

.NET4.5以后為異步編程引入了async和await關(guān)鍵字，async關(guān)鍵字加在方法聲明上，主要用來配合方法內(nèi)的await關(guān)鍵字，這兩個關(guān)鍵字的引入，使得C#在異步編程上更加優(yōu)雅。如下所示

 public async Task DelayAsync()
 {
 await Task.Delay(1000);
 }

異步編程的執(zhí)行流程一般是，當(dāng)系統(tǒng)運行至await，會暫停，并可以捕捉到當(dāng)前的上線文，SynchronizationContext，如果該上線文為空，就會使用當(dāng)前的TaskScheduler，該方法也會在這個上線文中繼續(xù)執(zhí)行。代碼執(zhí)行完以后，會嘗試在原始的上下文中恢復(fù)運行。

注意：運行winform和asp.net請求時會采用UI上下文或者asp.net上下文，其他情況下則采用線程池上下文。

異步方法的等待方式有await，Task.Wait和Task<T>.Result。但是要避免是用Task.Wait和Task<T>.Result，因為他們在UI線程或者ASP.NET線程環(huán)境中會導(dǎo)致死鎖。這個地方需要說明一下死鎖問題

 public async Task DelayAsync()
 {
  await Task.Delay(1000);//捕捉當(dāng)前上下文,并試圖在已捕捉的上下文中繼續(xù)運行
 }
 
 void Test()
 {
  Task task= DelayAsync();
  Task.Wait();//同步程序塊,正在等待異步方法完成=======阻塞線程
 }

UI或者asp.net的上下文每次只能同時運行一個線程。Wait方法已經(jīng)阻塞了一個線程，所以在await的時候無法捕捉上下文?？梢允褂肅onfigureAwait方法，設(shè)置參數(shù)continueOnCapturedContext為false。由此，可以帶來一個啟示，就是在線程池線程上使用ConfigureAwait(false)，在用戶界面或接口代碼中再恢復(fù)過來。

異步編程中有一條重要的準(zhǔn)則就是，當(dāng)你使用了異步編程的時候，最好一直使用，也是為了防止死鎖。

優(yōu)化使用:

避免上線文延續(xù)，延續(xù)任務(wù)過多會導(dǎo)致性能問題

如果一個async方法一個需要用到上下文一個不需要用到，可以考慮拆分為兩個async方法，這樣代碼組織也會更直觀。

寫到最后

以上只是提出了C#并發(fā)編程的引子，后面將會詳細介紹C#并發(fā)編程的知識點。當(dāng)然，C#并發(fā)編程還有其他內(nèi)容，比如響應(yīng)式編程和TPL數(shù)據(jù)流這些，我平時用的比較少，所以此處沒有再做介紹，有興趣的同學(xué)可以另外查看一下。

好了，以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，謝謝大家對億速云的支持。