《CLR via C#》之線程處理——線程基礎(chǔ)

《CLR via C#》之線程處理——線程基礎(chǔ)
windows為什么要支持線程
線程開銷
CPU發(fā)展趨勢
CLR線程和Windows線程
使用專用線程執(zhí)行異步的計算限制操作
線程調(diào)度和優(yōu)先級

windows為什么要支持線程

早期的操作系統(tǒng)只有一個執(zhí)行線程，但同時包含了操作系統(tǒng)代碼和應(yīng)用程序代碼，一旦應(yīng)用程序出現(xiàn)bug，整個主機必須重啟，數(shù)據(jù)都會丟失。
微軟后來發(fā)布了新的內(nèi)核——Windows NT。決定在一個進程中運行應(yīng)用程序的實例。進程實際是應(yīng)用程序?qū)嵗枰褂玫馁Y源的集合。保護了數(shù)據(jù)的安全性。但是如果發(fā)生死循環(huán)呢？如果機器只有一個CPU，他會執(zhí)行死循環(huán)，雖然數(shù)據(jù)不會被破壞，系統(tǒng)依然會停止響應(yīng)。微軟的解決方案就是線程。它的職責(zé)是對CPU進行了虛擬化。每個進程都有專用的線程（相當于一個CPU）。

線程開銷

和一切虛擬化機制一樣，線程有空間（內(nèi)存耗用）和時間（運行時的執(zhí)行性能）上的開銷:

• 線程內(nèi)核對象（thread kernel object）
  為每個線程分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一。包括描述線程的一組屬性，線程上下文（CPU寄存器集合）。x86，x64，ARM CPU架構(gòu)，上下文分別占約700,1240,350字節(jié)。
• 線程環(huán)境塊（thread environment block, TEB）
  TEB是用戶模式中分配和初始化的內(nèi)存塊，占用一個內(nèi)存頁（三種架構(gòu)都是4kB）。
• 用戶模式棧（user-model stack）
  存儲傳給方法的局部變量和實參。Windows默認分配1MB內(nèi)存（保留地址空間，需要時換到物理內(nèi)存。
• 內(nèi)核模式棧（kernel-model stack）
  用于向OS內(nèi)核模式函數(shù)傳遞實參。Win32：12KB；Win 64:24KB。
• DLL線程連接（attach）和線程分離（detach）通知
  Windows的一個策略是，任何進程在創(chuàng)建和終止線程時，都會調(diào)用進程加載的所有非托管DLL的DLLMain方法。

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上下文切換開銷
Windows大約每30ms執(zhí)行一次上下文切換。這個動作不會帶來任何內(nèi)存或性能上的收益。事實上，上下文切換可能帶來其它的性能損失，比如缺頁中斷，cache寫入。
執(zhí)行GC時，CLR必須掛起所有線程，遍歷它們的棧查找根以便對堆中的對象進行標記（GC算法第一步），再次遍歷它們的棧（更新它們的根），再恢復(fù)所有線程。所以減少線程的數(shù)量會顯著提升GC的性能。
線程越多，調(diào)試體驗越差（遇到斷點時掛起所有線程）。

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CPU發(fā)展趨勢

除了提高CPU的速度外，還有多核——為了使用線程。
目前的三種多CPU技術(shù)：

• 多個CPU；
• 超線程CPU——芯片中包含兩組架構(gòu)狀態(tài)，比如CPU寄存器，但只要一組執(zhí)行資源；
• 多核CPU。

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CLR線程和Windows線程

目前，CLR線程完全等價于Windows線程。

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使用專用線程執(zhí)行異步的計算限制操作

應(yīng)盡量使用線程池來執(zhí)行異步的計算操作。但是如果滿足以下任何條件，就可顯式創(chuàng)建自己的線程。

• 線程需要非Normal的優(yōu)先級運行。
• 需要線程是一個前臺線程，防止應(yīng)用程序在線程結(jié)束前終止。
• 直接為長時間運行的任務(wù)創(chuàng)建專用線程。因為，線程池為了判斷是否需要創(chuàng)建一個額外的線程，所采用的邏輯比較復(fù)雜。
• 需要控制線程（啟動，并可能調(diào)用Abort方法）。

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線程調(diào)度和優(yōu)先級

Windows是搶占式多線程操作系統(tǒng)，所有你不能保證自己的線程一直運行，也阻止不了其它線程的運行。
Microsoft知道開發(fā)人員 在為線程分配優(yōu)先級時很難做到完全合理，因此公開了優(yōu)先級系統(tǒng)的一個抽象層。

• 進程優(yōu)先級類（抽象概念）：決定應(yīng)用程序與其它應(yīng)用相比的響應(yīng)能力。
  6個進程優(yōu)先級類：Idle，Below Normal，Normal（默認），Above Normal，High（絕對必要時使用），和Realtime（盡量避免使用）。
• 優(yōu)先級：線程優(yōu)先級
  Windows支持7個相對線程優(yōu)先級：Idle，Lowest，Below Normal，Normal，Above Normal，Highest和Time-Critical

每個線程的優(yōu)先級取決于兩個標準：1）它的進程優(yōu)先級類；2）在其進程優(yōu)先級類中，線程的優(yōu)先級。他倆合并構(gòu)成一個線程的“基礎(chǔ)優(yōu)先級”。每個線程都有一個“動態(tài)優(yōu)先級”，線程調(diào)度器根據(jù) 這個優(yōu)先級決定執(zhí)行哪個線程。最初，基礎(chǔ)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級相同。系統(tǒng)可以提升基礎(chǔ)優(yōu)先級在0到15之間的線程優(yōu)先級（即，概念上非Realtime優(yōu)先級類）。

事實上，Windows永遠不會調(diào)度進程，它只調(diào)度線程。

C#可以通過設(shè)置Thread的Property屬性，來設(shè)置相對線程優(yōu)先級。ThreadPriority枚舉：Lowest，BelowNormal，Normal，AboveNormal或者Highest。和Windows為自己保留了優(yōu)先級0和Realtime范圍一樣，CLR為自己保留了Idle和Time-Critical優(yōu)先級。

來自為知筆記(Wiz)

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/qianzi067/p/5808344.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《CLR via C#》之线程处理——线程基础的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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