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。