寫在前面

并發(fā)編程一直都存在，只不過過去的很長時(shí)間里，比較難以實(shí)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(diǎn)不好意思。本系列文章將會以C#語言為主，詳細(xì)介紹并發(fā)編程。

什么是并發(fā)編程，其實(shí)很簡單，并發(fā)編程就是在一臺處理器上同時(shí)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(gè)核，以達(dá)到最高的處理性能。舉個(gè)例子，服務(wù)器在響應(yīng)第一個(gè)請求的同時(shí)響應(yīng)第二個(gè)請求。

關(guān)于并發(fā)編程的幾個(gè)誤解

誤解一：并發(fā)編程就是多線程

實(shí)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(shí)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(jī)、平板等移動端應(yīng)用同樣需要考慮并發(fā)編程，因?yàn)樗鼈兪侵苯用嫦蜃罱K用戶的，而現(xiàn)在用戶對使用體驗(yàn)的要求越來越高。程序必須能隨時(shí)響應(yīng)用戶的操作，尤其是在后臺處理時(shí)（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(gè)獨(dú)立的運(yùn)行單元，是操作系統(tǒng)中能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位，它包含于進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)行單位。每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的棧，但是與進(jìn)程內(nèi)的其他線程共享內(nèi)存。現(xiàn)在的.NET程序都維護(hù)了一個(gè)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(shí)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(jì)算密集型的任務(wù)片段，并將其分配給多個(gè)線程。前提是，程序中的任務(wù)可以分割成多個(gè)相互獨(dú)立的任務(wù)塊，關(guān)鍵字是相互獨(dú)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(jìn)行并行處理的時(shí)候，需要慎重，因?yàn)槭褂貌划?dāng)將會導(dǎo)致內(nèi)存溢出等風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也會因?yàn)檎加梅?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(shí)候回導(dǎo)致系統(tǒng)無法使用。所以在進(jìn)行編程的時(shí)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(shí)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(shí)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(yùn)行時(shí)進(jìn)行調(diào)整；

在編寫并行任務(wù)的時(shí)候，需要注意的是閉包所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)殚]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(gè)比較好的處理就是，在使用閉包外的變量的時(shí)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(duì)列，以盡可能的達(dá)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(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展性。比較直觀的是，大家在處理Winform的時(shí)候遇到過界面卡死的情況，異步編程可以在程序運(yùn)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(gè)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(yùn)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(gè)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(yùn)行。

注意：運(yùn)行winform和asp.net請求時(shí)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?yàn)樗麄冊赨I線程或者ASP.NET線程環(huán)境中會導(dǎo)致死鎖。這個(gè)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(yùn)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(shí)運(yùn)行一個(gè)線程。Wait方法已經(jīng)阻塞了一個(gè)線程，所以在await的時(shí)候無法捕捉上下文。可以使用ConfigureAwait方法，設(shè)置參數(shù)continueOnCapturedContext為false。由此，可以帶來一個(gè)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(shí)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(gè)async方法一個(gè)需要用到上下文一個(gè)不需要用到，可以考慮拆分為兩個(gè)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(xì)介紹C#并發(fā)編程的知識點(diǎn)。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(shí)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(jià)值，謝謝大家對腳本之家的支持。

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