异步/多线程/任务/并行编程之一:如何选择合适的多线程模型？

异步、多线程、任务、并行编程之一：选择合适的多线程模型

本篇概述：

@fcl4.0中已经存在的线程模型，以及它们之间异同点；

@多线程编程模型的选择。

 

1：异步、多线程、任务、并行的本质

这四个概念对应在clr中的本质，本质都是多线程。

异步，简单的讲就是begininvoke、endinvoke模式，它在clr内部线程池进行管理；

多线程，体现在c#中，可以由类型thread发起。也可以由threadpool发起。前者不受clr线程池管理，后者则是。fcl团队为了各种编程模型的方便，还另外提供了backgroundworker和若干个timer，基本上它们都是threadpool的加强，增加了一些和调用者线程的交互功能；

任务（task），为fcl4.0新增的功能，在一个称之为任务并行库（tpl）的地方，其实也就是system.threading.tasks命名空间下。任务并行库名字取的很玄乎，其实它也是clr线程池的加强。优化了线程间的调度算法，增加了和调用者线程的交互功能；

并行（parallel），为fcl4.0新增的功能，也属于tpl。并行在后台使用task进行管理，说白了，因为task使用的线程池线程，所以parallel自然使用的也是线程池线程进行管理，它的本质仅仅是进一步简化了task。在这里要增进一个对于并行的理解。实际上，多线程天然就是并行的。及时不用任务并行库，用thread类型新起两个线程，clr或者说windows系统也会将这两个线程根据需要安排到两个cpu上去执行。所以，并不是因为多了任务并行库，clr才支持并行计算，任务并行库只是提供了一组api，使我们能够更好的操纵线程进行并行开发而已。

2：遗憾

jeffrey richter大叔说，微软提供了这么多线程模型，是遗憾的，因为这制造了混乱。很多开发者都不知道该选用哪个类型来编写自己的多线程代码。我们对微软总是又爱又恨，它总是不停的更新一些东西，逼迫我们不停的学习。但是也好，进步导致它不会过早死掉，让我们彻底失掉饭碗。
c#刚出来的被人笑，现在它的很多语法特性已经比java优美。很多时候我们太擅长于嘲笑，以致最后只能哭。顺便说一句，我依然是那么的喜欢java，只是很久没用它而已。

3：现在，该用什么来编写多线程 

如果你在framework4.0下编写代码，那么应该按照这个优先级来撰写多线程代码： 

优先	次优先	不得以
parallel（含扩展库plinq） task	threadpool（backgroundworker，timer） 异步	thread

这个表满足了大部分情况下的一个优先级指导，但在某些情况下会有例外。

3.1：为什么 parallel和task优先级一样，而不是优于task？

parallel虽然在后台使用task进行管理，并且它所谓简化了对于task的操作，但是它有一个重要的特征区别与task：parallel会阻滞调用者线程。查看paralle的成员，有for、foreach、invoke方法，它甚至都没提供一个begininvoke方法，也很好的暗示了这一点。不过虽然是同步的执行的，parallel还是会把多个任务分配到多个cpu上去。
task被用的最多的是start方法，它不会阻滞主线程。虽然task也提供了同步的启动线程的方法runsynchronously，但一般用的不多。 

3.2：何时用异步，何时用线程或线程池

这需要从“io操作的dma（direct memory access）模式”讲起。通过dma的数据交换几乎可以不损耗cpu的资源。在硬件部分，硬盘、网卡、声卡、显卡等都有dma功能。可以简单的认为，当我们的工作线程需要操作i/o资源的时候（如读取一个大文件、读取一个网页、读取socke包等），我们就需要用异步去做这些事情。异步模式只会在工作开始以及工作结束的时候占用clr线程池，其它时候由硬盘、网卡等硬件设备来处理具体的工作，这就不会过多占用到cpu空间和时间损耗。 

概括而言：

计算密集型工作，直接采用线程；

io密集型工作，采用异步机制；

当我们不清楚什么工作是i/o密集型的，一个不是很恰当的指导就是：查看fcl类型成员，如果成员提供了类似begindosomething方法的，则优先使用它，而不是新起一个线程或丢到线程池。

3.3：线程池的优势

新起线程，会带来很大的开销，这些开销主要集中在：分配线程内核对象、线程环境块、用户模式栈、内核模式栈所需要的内存空间，加载的dll的dllmain方法，并传递连接标志，以及线程上下文切换。由于线程如此昂贵，所以对于普通的开发要求来说，线程池就是一个很好的选择。线程池替开发人员管理工作线程，当一项工作完毕的时候，clr不会销毁这个线程，而是会保留这个线程一段时间，看是否有别的工作需要这个线程。至于何时销毁或新起线程，由clr决定。

3.4：何时用thread 
以上的各种线程模型，它们最终都是thread。 那么什么时候需要thread直接出场呢？

最重要的使用thread的理由是，我们需要控制线程的优先级。thread之上的线程模型都不支持优先级设置。设置一个线程的高优先级可以使它获得更多的cpu时间；

再者，可以控制线程为前台线程。当然，由thread新起的线程默认就是前台线程。前台线程不随着调用者线程的中断而中断，这使得我们可以用thread来进行一些关键性的操作。