C#併發程式設計之概述

寫在前面

併發程式設計一直都存在，只不過過去的很長時間裡，比較難以實現，隨著網際網路的發展，人口紅利的釋放，更加友好的支援併發程式設計已經成了主流程式語言的標配，而對於軟體開發人員來說，沒有玩過併發程式設計都會有點不好意思。本系列文章將會以C#語言為主，詳細介紹併發程式設計。

什麼是併發程式設計，其實很簡單，併發程式設計就是在一臺處理器上同時做多件事情，併發程式設計的目標就是充分利用處理器的每一個核，以達到最高的處理效能。舉個例子，伺服器在響應第一個請求的同時響應第二個請求。

併發程式設計的方向

多執行緒

執行緒是一個獨立的執行單元，是作業系統中能夠進行運算排程的最小單位，它包含於程序之中，是程序中的實際執行單位。每個執行緒都有自己獨立的棧，但是與程序內的其他執行緒共享記憶體。現在的.NET程式都維護了一個執行緒池，裡面有著一定數量的工作執行緒，這些執行緒等待著執行分配下來的任務，執行緒池也可以隨時監測執行緒的數量，以備開發者根據業務情況靈活處理。

並行程式設計

並行程式設計主要用於分解計算密集型的任務片段，並將其分配給多個執行緒。前提是，程式中的任務可以分割成多個相互獨立的任務塊，關鍵字是 相互獨立 ，如果依賴太大，就不適合用並行程式設計。

並行程式設計利用CPU的空閒資源，充分提高了CPU的利用率，提高了系統的吞吐量。在大多數情況下，伺服器本身就已經具備了並行處理能力，當通過程式設計進行並行處理的時候，需要慎重，因為使用不當將會導致記憶體溢位等風險，同時也會因為佔用伺服器資源而導致伺服器本身的並行處理能力顯著下降，嚴重的時候回導致系統無法使用。所以在進行程式設計的時候，儘量不要處理過長或者過短的任務。

並行處理分為資料並行和任務並行，其實他們都使用到了動態調整的分割演算法，在任務分割後分配給工作執行緒。可以通過以下兩種方式實現並行程式設計，一種是Parallel.ForEach以及更加優美的PLINQ，這是並行程式設計的推薦處理方式，並且它們自帶自動分配任務的演算法，可以在執行時進行調整；

在編寫並行任務的時候，需要注意的是閉包所帶來的風險。因為閉包捕獲的是引用而不是值，所以可以在不經意間共享這些變數。一個比較好的處理就是，在使用閉包外的變數的時候，可以在閉包內定義區域性變數，用以規避閉包帶來的變數共享問題。

需要說明的是，執行緒池會根據需要增加執行緒數量，執行緒池採用的是工作竊取佇列，以儘可能的達到高效

非同步程式設計

目前最常用的非同步程式設計模型是TAB程式設計（基於任務的程式設計模式）。非同步程式設計提高了響應能力，也實現了可擴充套件性。比較直觀的是，大家在處理Winform的時候遇到過介面卡死的情況， 非同步程式設計可以在程式執行的過程中繼續相應使用者的輸入，而不會導致介面卡死，並提高了提高伺服器端應用的TPS（Transactions Per Second）和 QPS （Queries Per Second）。

.NET4.5以後為非同步程式設計引入了async和await關鍵字，async關鍵字加在方法宣告上，主要用來配合方法內的await關鍵字，這兩個關鍵字的引入，使得C#在非同步程式設計上更加優雅。如下所示

1:public async Task DelayAsync()

2:{

3:await Task.Delay(1000);

4:}

非同步程式設計的執行流程一般是，當系統執行至await，會暫停，並可以捕捉到當前的上線文，SynchronizationContext，如果該上線文為空，就會使用當前的TaskScheduler，該方法也會在這個上線文中繼續執行。程式碼執行完以後，會嘗試在原始的上下文中恢復執行。

注意：執行winform和asp.net請求時會採用UI上下文或者asp.net上下文，其他情況下則採用執行緒池上下文。

非同步方法的等待方式有await，Task.Wait和Task<T>.Result。但是要避免是用Task.Wait和Task<T>.Result，因為他們在UI執行緒或者ASP.NET執行緒環境中會導致死鎖。這個地方需要說明一下死鎖問題

1:public async Task DelayAsync()

2:{

3:await Task.Delay(1000);//捕捉當前上下文,並試圖在已捕捉的上下文中繼續執行

4:}

6:void Test()

7:{

8:Task task= DelayAsync();

9:Task.Wait();//同步程式塊,正在等待非同步方法完成=======阻塞執行緒

10:}

UI或者asp.net的上下文每次只能同時執行一個執行緒。Wait方法已經阻塞了一個執行緒，所以在await的時候無法捕捉上下文。可以使用ConfigureAwait方法，設定引數continueOnCapturedContext為false。由此，可以帶來一個啟示，就是線上程池執行緒上使用ConfigureAwait(false)，在使用者介面或介面程式碼中再恢復過來。

非同步程式設計中有一條重要的準則就是，當你使用了非同步程式設計的時候，最好一直使用，也是為了防止死鎖。

優化使用:

避免上線文延續，延續任務過多會導致效能問題

如果一個async方法一個需要用到上下文一個不需要用到，可以考慮拆分為亮哥async方法，這樣程式碼組織也會更直觀。

寫到最後

以上只是提出了C#併發程式設計的引子，後面將會詳細介紹C#併發程式設計的知識點。當然，C#併發程式設計還有其他內容，比如響應式程式設計和TPL資料流這些，我平時用的比較少，所以此處沒有再做介紹，有興趣的同學可以另外檢視一下。