Clr Via C#读书笔记---计算限制的异步操作

线程池基础

1，线程的创建和销毁是一个昂贵的操作，线程调度以及上下文切换耗费时间和内存资源。

2，线程池是一个线程集合，供应你的用程序使用。

3，每个CLR有一个自己的线程池，线程池由CLR控制的所有的AppDomain共享。

4，CLR初始化的时候，线程池没有线程的。

5，线程池维护一个操作请求队列。当应用程序想要执行一个一步操作的时候，就调用某个方法。将记录项（empty）追加到线程池队列中，然后线程池代码从队列中提取这个记录项，然后将记录项派遣（dispatch）给一个线程池的线程。当线程池线程完成任务后，不会被销毁。该线程会继续返回到线程池中，进入空闲状态，等待另一个请求。

6，多个应用程序向线程池发出多个请求的时候，只会尝试用一个线程来服务，当超过了线程池线程处理速度的时候，会创建额外的线程。

7，当线程池线程空闲一段时间之后，会自己醒来终止自己释放资源

8，线程池分为工作线程(worker)或者I/O线程，工作线程用于操作异步计算限制操作，I/O线程用于通知代码一个异步I/O限制操作已完成。异步编程模型：（Asychronous Programming Model APM）

执行简单的计算限制操作

计算限制操作：指需要长时间的计算的线程

1，要将一个异步，计算限制的操作放到线程池的队列中（向线程池添加一个“工作项”），调用ThreadPool类的几个方法:

static Boolean QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack)
static Boolean QueueUserWorkItem(WaitCallback callBack,Object state)

2，线程池以异步调用一个方法

using System;

using System.Threading;

public static class Program{

public static void Main(){
Console.WriteLine("Main thread:queing an asynchronous operation");

TreadPool.QueueUserWorkItem(ComputeBoundOp,5);

Console.WriteLine("Main thread:Doing other work here....");

Thread.Sleep(10000);

Console.WriteLine("按任意键继续")
}

private static void ComputeBoundOp(Object state){

Consol.WriteLine("In ComputeBoundOp:state={0}",state);

Thread.Sleep(1000);//模拟其他工作1秒钟

}

执行上下文

多任务系统往往需要同时执行多道作业。作业数往往大于机器的CPU数，然而一颗CPU同时只能执行一项任务，为了让用户感觉这些任务正在同时进行，操作系统的设计者巧妙地利用了时间片轮转的方式，CPU给每个任务都服务一定的时间，然后把当前任务的状态保存下来，在加载下一任务的状态后，继续服务下一任务。任务的状态保存及再加载，这段过程就叫做上下文切换。

1，每个线程都关联了一个执行上下文的数据结构

2，执行上下文包括：安全设置（压缩栈，Thread的Principal属性和windows身份），宿主设置（System.Treading.HostExcepitonContextManager）以及逻辑调用上下文数据（System.Runtime.Remoting.Messaging.CallContext的LogicalSetData和LogicalGetData）

3，线程执行代码有时候会受到执行上下文设置（安全设置居多）的影响

4，线程执行上下文可流动性。一个线程（初始线程）使用另一个线程（辅助线程）执行任务时，前者上下文应该流向（复制）辅助线程（耗性能）.

5，阻止上下文的流动，可提高应用程序性能。

协作式取消

.net Framework提供了一套协作式取消模式，支持显示取消长时间运行的计算限制操作。

System.Thread.CancellationTokenSource对象：

public class CancellationTokenSource : IDisposable
{
//构造函数
public CancellationTokenSource();
//获取是否已请求取消此

System.Threading.CancellationTokenSource
public bool IsCancellationRequested { get; }
//获取与此 System.Threading.CancellationTokenSource 关联的 System.Threading.CancellationToken
public CancellationToken Token;
//传达取消请求。
public void Cancel();
//传达对取消的请求，并指定是否应处理其余回调和可取消操作。
public void Cancel(bool throwOnFirstException);
}

这个对象包含了管理取消有关的所有状态。构造好一个CancellationTokenSource(引用类型)之后，可以从它的Token属性获得一个或多个CancellationToken(值类型)实例，并传给你的操作，使那些操作可以取消。以下是CancellationToken值类型最有用的一些成员：

public struct CancellationToken //一个值类型

{
//获取此标记是否能处于已取消状态，IsCancellationRequested 由非通过Task来调用(invoke)的一个操作调用(call)
public bool IsCancellationRequested { get; }
//如果已请求取消此标记，则引发 System.OperationCanceledException，由通过Task来调用的操作调用
public void ThrowIfCancellationRequested();
//获取在取消标记时处于有信号状态的 System.Threading.WaitHandle，取消时， WaitHandle会收到信号
public WaitHandle WaitHandle { get; }
//返回空 CancellationToken 值。
public static CancellationToken None
//注册一个将在取消此 System.Threading.CancellationToken 时调用的委托。省略了简单重载版本
public CancellationTokenRegistration Register(Action<object> callback, object state, bool useSynchronizationContext);

//省略了GetHashCode、Equals成员
}

CancellationToken实例是一个轻量级的值类型，它包含单个私有字段：对它的CancellationTokenSource对象的一个引用。在一个计算限制操作的循环中，可以定时调用CancellationToken的IsCancellationRequested属性，了解循环是否应该提前终止，进而终止计算限制的操作。当然，提前终止的好处在于，CPU不再需要把时间浪费在你对其结果已经不感兴趣的一个操作上。

任务

ThreadPool的QueueUserWorkItem 存在限制，没有一个内建机制让你知道什么时候完成，也没有一个机制在操作完成返回一个值。

创建任务：

System.Threading.Tasks创建一个任务

创建Task任务调用的构造器，传递一个Action或者Action<Object>委托

取消任务：

用一个CancellationTokenSource取消一个Task。

一个任务完成时自动启动另一个新任务：

调用ContinuWith（）使得一个Task完成时调用新的任务-------- wait方法会导致线程堵塞导致消耗性能

创建子任务：

Task<Int32[]> parent=new Task<Int32[]>(()=>{
var results=new Int32[3];

new Task(()=>results[0])=Sum(10000),TaskCreationOptions.AttacjedToParent).Start();

new Task(()=>results[0])=Sum(20000),TaskCreationOptions.AttacjedToParent).Start();

new Task(()=>results[0])=Sum(30000),TaskCreationOptions.AttacjedToParent).Start();

return results;
});

//父任务及其子任务运行完成后，用一个延续任务显示结果

var cwt=parent.ContinueWith(parentTask=>Array.Foreach(parentTask.Result,console.Writelin));

任务内部揭秘：

1，每个Task对象包含一组构成任务状态的字段：Int32的ID,Task执行状态的Int32,对父任务的一个引用，对Task创建指定TaskScheduler的一个引用，对回掉方法的一个引用，对传值给回调方法的对象一个引用，对一个ExecutionContext的引用，对ManualResetEventSlim对象的引用，以及一些补充状态的一个引用（CancellationToken,ContinueWithTask队形集合，异常Task集合）

2，Task和Task<TResult>实现了IDisposeable接口，完成后调用Dispose

任务工厂：

TaskFactory 和 TaskFactory<TResult>类

任务调度器：

1，TaskScheduler对象负责任务调度，包含两个派生类：线程池任务调度器（thread pool task scheduler）和同步上下文任务调动起(sysnchronization context task scheduler)

默认是前者调度器。后者应用于windows窗体，wpf和silverlight应用程序。

Pareallel的静态For，ForEach 和Invoke方法：

可以帮助提高性能。

计算限制操作的定时器：

System.Treading命名空间定义一个Timer类，可以让线程池线程定时调用搞一个方法。

1，线程池为所有的Timer对象只是用了一个线程。这个线程知道下一个Timer对象什么时候触发

2，当下一个Timer对象到期，线程就会唤醒，内部调用ThreadPool的QueueUserWorkItem(工作项)，将工作项添加到线程池的队列中。然后等待回调。

3，如果回调方法执行很长，计时器可能会再次触发 .Timeout.Infinite可让计时器只触发一次。

线程池如何管理线程：

1，System.Threading.ThreadPool类提供：GetMaxTreads,SetMaxThreads,GetMinThreads,SetMinThreads和GetAvailableThreads用于查询和设置线程池的线程数。但是，限制线程池的显成熟，会造成应用程序性能变得更差。

2，ThreadPool.QueueUserWorkItem方法和Timer类将工作项放入全局队列中。工作者进程采用的先入先出（FIFO）

算法将工作项取出，并处理他们。所有工作者线程都竞争一个线程同步所。

3，TaskScheduler调度Task对象：非工作者调用Task对象----Task添加到全局队列----Task添加到调用线程的本地队列------工作线程准好处理工作项----检查本地队列查找一个Task------如果本地队列存在一个Task,就从本地队列移除Task，对工作项进行处理（工作者线程采用后入先出（LIFO）取出本地Task）

缓存线和伪共享

1，CPU在芯片上集成了高速缓存（Cache）使得CPU访问RAM速度非常快。

2，CPU在逻辑上讲所有内存划分为“缓冲行”用于进一步提高性能。一个缓冲行由64个字节构成。

巴特西

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