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1、C#异步编程及其同步机制本篇文章涵盖一下几部分内容：1. 什么是异步编程，为什么会需要异步编程2. .NET下的异步编程及其发展3. .NET线程同步机制及线程间数据封送4. 异步模式5. 线程安全及异常处理6. 线程取消什么是异步编程，为什么会需要异步编程这个世界上资源是受限的。但资源限制和懒惰一样促进了工业和科技的发展。在计算机方面举个例子，计算机非得是二进制吗？对计算机来说二进制最好吗？不是，这是由于当时工业水平限制，把电压分成两份表示0和1比分成三份更加方便且可靠；虚拟内存管理，Cache等技术都是由当时硬件条件所限逼出来的技术，同样异步编程和分布式编程也是。生活中的好多事物都不是线性
2、的，拿学生时代的一个常见的例子说一下，明天开学，海量作业一点没写，于是找个同学作业抄一下，但在短时间内一个人很难抄得完，于是我花钱请了几个同学一起抄，把一份工作分给几个人去做，这就是异步了。但除去笔迹不同这么做没有一个人抄安全，有可能哥几个把一份内容重复抄了好几遍（线程安全），这期间万一笔，纸，橡皮没准备充分还得有一个资源争用，死锁的问题（同步的问题），哥几个抄得时候还会相互报一下各自进度（线程间数据封送），所以说这么干是有风险的我们就得有个机制避免这种风险的发生，异步编程和这个类似。那在编程中异步会用在什么地方呢？一个简单情形，图形界面程序，后台如果要连接数据库查询或写入海量数据或者进行I/
3、O操作，界面会“假死”。之所以发生这种情况是这些处理都在UI线程中，这些操作占用UI线程时，任何拖动UI，点击按钮等操作都得不到及时响应。解决的方法是将这些需要长时间的操作放入一个新的线程异步操作，把UI线程解放出来。其它的应用比如海量数据计算，服务器响应客户端请求等等。.NET下的异步编程及其发展首先说明一点，线程可以分为前台线程和后台线程。前台线程和吸血鬼差不多很恐怖，要想干死进程，就必须把所有的前台进程都干掉，UI线程就是前台线程。而后台线程就是二房生的儿子了，进程消亡后紧跟着死掉了，很明显的后台线程就是Word的拼写检查，或者outlook负责跟服务器同步更新邮件的线程。任何平台和编程
4、语言都会有多线程的实现机制和方法。对于C#来讲Thread类就是创建线程，管理线程的一种最初始的手段。但是创建和销毁一个线程是很耗费资源的，而且创建的线程越多，线程间切换就越频繁（计算机CPU个数受限），线程切换也要耗费资源和时间，再加上线程管理是一件很费心的事，所以微软就引入了线程池的概念。线程池是一个先进先出FIFO的队列，程序员只需要把操作或者任务丢给线程池，让.NET framework替程序员管理线程，线程复用等，极大的简化了开发。这里就有一个控制线程池内线程数量的问题。线程池内的线程肯定得根据需要动态变化，但适应这种需要的算法是什么呢？一个简单的算法：往线程池中增加一些线程，观察线
5、程池的吞吐量，如果增加后吞吐量增加，说明线程不够，需要增加线程。但这存在一个问题，对于一个很大的任务需要长时间占用线程，增加线程并不能增加吞吐量，此时如果增加线程会加重负担。所以在CLR v4时引入了本地队列（Local Queue）的概念，如果一个线程内创建了另一个线程，新创建的线程不再丢给全局队列，而是给本地队列排队等候调用。这就又有个问题，如果一个队列内任务执行完了，而另一个队列还有好多怎么办？那就让执行完任务的本地队列从该队列上“偷“一个线程执行。这样达到负载均衡。当然线程池的算法会随着CLR版本升级而不断演进，更加智能的管理线程。对普通开发者而言可以不用考虑这些细节，无缝的体验线程池
6、带来的便利和效率就行了。线程池如此方便，我们怎么使用线程池呢？可以通过以下几种方式：通过类方法ThreadPool.QueueUserWorkItem直接调用。通过.net Framework 4.0 引入的TPL（Task Parallel Library）任务并行库。TPL中最主要的两个类是Task和Parallel。而新版C+标准中也引入了类似的概念parallel_for, parallel_foreach, parallel_invoke等。详细信息见以下链接。通过异步委托（BeginInvoke/EndInvoke）调用。通过BackgroundWorker, Background
7、Worker是WinForm， WPF下的一个控件，主要用于提供UI控件下的协作式取消，进度报告等。这里我还要讲一下PFX（Parallel FrameWork）。PFX从概念上可以分为数据并行和任务并行。上层的由两个结构化数据并行APIs组成：PLINQ和Parallel类。而底层的任务并行包含了Task 类和一系列的附属结构用于帮助并行编程。注意PFX是建立在线程池之上的，是更好使用线程池的一种途径，有说法说是用TPL比直接使用线程池效率更高。关于PLINQ，Task，Parallel类及上图所列结构的使用请参考一下链接。.NET线程同步机制及线程间数据封送首先.Net的同步机制是干什么的
8、？概况来讲是为了安全。同步机制的存在是因为异步操作是不安全的，会带来一系列的问题，这些问题在第一章节中已经讨论过了。而线程间数据封送和COM与.Net framework数据封送一样，是为了线程间数据和状态的传递。那么.net的同步机制有哪些呢？概括一下：简单的锁定方法：Thead类的Sleep, Join等以及Task的Wait方法。基于对象的锁定:lock（Monitor.Enter/Monitor.Exit）:首先强调一下它不可以跨进程间线程同步。一般跨进间线程同步都有一个特征，就是同步对象都有名字。Mutex和Semophore（slim）：这两个都可以跨进程同步，两者的区别在于：Mu
9、tex只能有一等待资源，而Semophore可以有多个。拿厕所举例，Mutex相当于厕所中只有一个蹲位，只能一个上了才能上另一个，而Semophore可以有多个蹲位，可以让多个线程同时阻塞一个线程的执行。就是n个哥们一起蹲着，又来一哥们，然后这n个哥们就占着那啥不那啥。Reade/Writer 锁。3.基于信号事件等待句柄AutoResetEvent， ManualResetEvent（Slim）：注意这两个也是允许跨进程的，两者用法差不多，使一个线程释放一个信号从而使得其他线程能够执行。CountdownEvent（4.0被引入）：这个和上边用法正好相反，它使得一个线程等待收到其他线程的信号
10、后再执行。BarrierWait and pulse4. 非阻塞的同步结构Thread.MemoryBarrierThread.VolatileRead/WriteInterlocaked关于以上同步机制具体应用和Demo代码请参考以下链接。而关于线程间数据封送，一个很好的例子就是点击button后开始在新线程中执行某个操作，但执行过程需要在一个label上显示出来，这时候就需要把新线程内表示执行状态的数据对象封送回UI线程。这部分内容可以参考我以前写的一篇帖子：http:/ BeginXXX/EndXXX, IAsyncResultEAP模式（基于事件的异步模式）Windows FormMethodNameAsyncEventTAP（基于任务的异步模式）MethodNameAsyncTask/Task这部分内容以下链接讲得很好了，感兴趣可以看一下。更详尽的介绍去MSDN或者官方网站上去找相似的文档。线程安全及异常处理新线程中抛出的异常会不会自动封送到主线程中？如何处理新线程中抛出的异常？什么是线程安全？怎样做到线程安全？线程取消正在执行的线程怎么能不能取消，怎么取消合适？暴力取消？协作式取消？C#5.0新的异步模式Async和await关键字请参考我以前的博客：http:/ 黑基网-中国最大的网络安全站点 原文链接：http:/
