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我也想过跳过C#高级知识点概要直接讲MVC,但经过前思后想,还是觉得有必要讲的。我希望通过自己的经验给大家一些指引,带着大家一起走上ASP.NET MVC大牛之路,少走弯路。同时也希望能和大家一起交流,这样也能发现我自己的不足,对我自己的帮助也是非常大的。
建议大家对C#撑握的不错的时候,可以去看一些开源项目。走技术这条路,就要耐得住寂寞(群里双休日说要让群主找妹子进群的人必须反思),练好内功。不撑握C#高级知识点,别想看懂优秀的开源项目,更别指望吸收其编程思想;你的水平,随时可以被一个实习生代替!切记不能浮躁!
本文讲线程和并发,这块知识点太多太多了,不可能用一篇文章写的面面具到(本身主题就是C#高级知识概要嘛),我所了解的也有限。但对于Web开发,我想本文的知识点应该足够,如果后面有遇到本文没讲的,后面再补充吧。
本文目录:
常见的并发和异步大多是基于线程来实现的,所以本文先讲线程的简单使用方法。
使用线程,我们需要引用System.Threading命名空间。创建一个线程最简单的方法就是在 new 一个 Thread,并传递一个ThreadStart委托(无参数)或ParameterizedThreadStart委托(带参数),如下:
class Program {
static void Main(string[] args) {
// 使用无参数委托ThreadStart
Thread t = new Thread(Go);
t.Start();
// 使用带参数委托ParameterizedThreadStart
Thread t2 = new Thread(GoWithParam);
t2.Start("Message from main.");
t2.Join();// 等待线程t2完成。
Console.WriteLine("Thread t2 has ended!");
Console.ReadKey();
}
static void Go() {
Console.WriteLine("Go!");
}
static void GoWithParam(object msg) {
Console.WriteLine("Go With Param! Message: " + msg);
Thread.Sleep(1000);// 模拟耗时操作
}
}
运行结果:
线程的用法,我们只需要了解这么多。下面我们再来通过一段代码来讲讲并发和异步。
关于并发和异步,我们先来写一段代码,模拟多个线程同时写1000条日志:
class Program {
static void Main(string[] args) {
Thread t1 = new Thread(Working);
t1.Name = "Thread1";
Thread t2 = new Thread(Working);
t2.Name = "Thread2";
Thread t3 = new Thread(Working);
t3.Name = "Thread3";
// 依次启动3个线程。
t1.Start();
t2.Start();
t3.Start();
Console.ReadKey();
}
// 每个线程都同时在工作
static void Working() {
// 模拟1000次写日志操作
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
// 异步写文件
Logger.Write(Thread.CurrentThread.Name + " writes a log: " + i + ", on " + DateTime.Now.ToString() + ".\n");
}// 做一些其它的事件
for (int i = 0; i < 1000; i++) { }
}
}
代码很简单,相信大家都能看得懂。Logger 大家可以把它看做是一个写日志的组件,先不关心它的具体实现,只要知道它是一个提供了写日志功能的组件就行。
那么,这段代码跟并发和异步有什么关系呢?
我们先用一张图来描述这段代码:
观察上图,3个线程同时调用Logger写日志,对于Logger来说,3个线程同时交给了它任务,这种情况就是并发。对于其中一个线程来说,它在工作过程中,在某个时间请求Logger帮它写日志,同时又继续在自己的其它工作,这种情况就是异步。
(经读者反馈,为不“误导”读者(尽管我个人不觉得是误导。之前我的定义和解释不全面,没有从操作系统和CPU层次去区分这两个概念。我的文章不喜欢搬教科书,只是想用通俗易读的白话让大家理解),为了知识的专业性和严谨,现已把我理解的对并发和异步的定义删除,感谢园友们的热心讨论)。
接下来,我们继续讲几个很有用的有关线程和并发的知识 - 锁、信号机制和线程池。
CLR 会为每个线程分配自己的内存堆空间,以使他们的本地变量保持分离互不干扰。
线程之间也可以共享通用的数据,比如同一对象的某个属性或全局静态变量。但线程间共享数据是存在安全问题的。举个例子,下面的主线程和新线程共享了变量done,done用来标识某件事已经做过了(告诉其它线程不要再重复做了):
class Program {
static bool done;
static void Main(string[] args) {
new Thread(Go).Start(); // 在新的线程上调用Go
Go(); // 在主线程上调用Go
Console.ReadKey();
}
static void Go() {
if (!done) {
Thread.Sleep(500); // 模拟耗时操作
Console.WriteLine("Done");
done = true;
}
}
}
输出结果:
输出了两个“Done”,事件被做了两次。由于没有控制好并发,这就出现了线程的安全问题,无法保证数据的状态。
要解决这个问题,就需要用到锁(Lock,也叫排它锁或互斥锁)。使用lock语句,可以保证共享数据只能同时被一个线程访问。lock的数据对象要求是不能null的引用类型的对象,所以lock的对象需保证不能为空。为此需要创建一个不为空的对象来使用锁,修改一下上面的代码如下:
class Program {
static bool done;
static object locker = new object(); // !!
static void Main(string[] args) {
new Thread(Go).Start(); // 在新的线程上调用Go
Go(); // 在主线程上调用Go
Console.ReadKey();
}
static void Go() {
lock (locker) {
if (!done) {
Thread.Sleep(500); // Doing something.
Console.WriteLine("Done");
done = true;
}
}
}
}
再看结果:
使用锁,我们解决了问题。但使用锁也会有另外一个线程安全问题,那就是“死锁”,死锁的概率很小,但也要避免。保证“上锁”这个操作在一个线程上执行是避免死锁的方法之一,这种方法在下文案例中会用到。
这里我们就不去深入研究“死锁”了,感兴趣的朋友可以去查询相关资料。
有时候你需要一个线程在接收到某个信号时,才开始执行,否则处于等待状态,这是一种基于信号的事件机制。.NET框架提供一个ManualResetEvent类来处理这类事件,它的 WaiOne 实例方法可使当前线程一直处于等待状态,直到接收到某个信号。它的Set方法用于打开发送信号。下面是一个信号机制的使用示例:
static void Main(string[] args) {
var signal = new ManualResetEvent(false);
new Thread(() => {
Console.WriteLine("Waiting for signal...");
signal.WaitOne();
signal.Dispose();
Console.WriteLine("Got signal!");
}).Start();
Thread.Sleep(2000);
signal.Set();// 打开“信号”
Console.ReadKey();
}
运行结果:
当执行Set方法后,信号保持打开状态,可通过Reset方法将其关闭,若不再需要,通过Dispose将其释放。如果预期的等待时间很短,可以用ManualResetEventSlim代替ManualResetEvent,前者在等待时间较短时性能更好。信号机制非常有用,后面的日志案例会用到它。
线程池中的线程是由CLR来管理的。在下面两种条件下,线程池能起到最好的效用:
要使用线程中的线程,主要有下面两种方式:
// 方式1:Task.Run,.NET Framework 4.5 才有
Task.Run (() => Console.WriteLine ("Hello from the thread pool"));
// 方式2:ThreadPool.QueueUserWorkItem
ThreadPool.QueueUserWorkItem (t => Console.WriteLine ("Hello from the thread pool"));
线程池使得线程可以充分有效地被使用,减少了任务启动的延迟。但是不是所有的情况都适合使用线程池中的线程,比如下面要讲的日志案例 - 异步写文件。
这里讲线程池,是为了让大家大致了解什么时候用线程池中的线程,什么时候不用。即,耗时长或有阻塞情况的不用线程池中的线程。
创建不走线程池中的线程,可以直接通过new Thread来创建,也可以通过下面的代码来创建:
Task task = Task.Factory.StartNew (() => ...,TaskCreationOptions.LongRunning);// 注意必须带TaskCreationOptions.LongRunning参数
这里用到了Task,大家不用关心它,后续博文会详细讲。
关于线程的知识很多,这里不再深入了,因为这些已经足够让我们应付Web开发了。
上文的“并发和异步的区别”的代码中我们用到了一个Logger类,现在我们就来做一个这样的Logger。
基于上面的知识,我们可以实现应用程序的并发写日志日志功能。在应用程序中,写日志是常见的功能,简单分析一下该功能的需求:
运用上面的知识,我们来写一个这样的类。简单理一下思路:
开发一个功能前需要有个简单的思路,保证心里面有底。具体开发的时候会发现问题,然后再去补充扩展和完善等。刚开始范文很难想得太周全,先有个简单的思路,然后代码写起来!
下面是这样一个Logger类初步实现:
public class Logger {
// 用于存放写日志任务的队列
private Queue<Action> _queue;
// 用于写日志的线程
private Thread _loggingThread;
// 用于通知是否有新日志要写的“信号器”
private ManualResetEvent _hasNew;
// 构造函数,初始化。
private Logger() {
_queue = new Queue<Action>();
_hasNew = new ManualResetEvent(false);
_loggingThread = new Thread(Process);
_loggingThread.IsBackground = true;
_loggingThread.Start();
}
// 使用单例模式,保持一个Logger对象
private static readonly Logger _logger = new Logger();
private static Logger GetInstance() {
/* 不安全代码
lock (locker) {
if (_logger == null) {
_logger = new Logger();
}
}*/
return _logger;
}
// 处理队列中的任务
private void Process() {
while (true) {
// 等待接收信号,阻塞线程。
_hasNew.WaitOne();
// 接收到信号后,重置“信号器”,信号关闭。
_hasNew.Reset();
// 由于队列中的任务可能在极速地增加,这里等待是为了一次能处理更多的任务,减少对队列的频繁“进出”操作。
Thread.Sleep(100);
// 开始执行队列中的任务。
// 由于执行过程中还可能会有新的任务,所以不能直接对原来的 _queue 进行操作,
// 先将_queue中的任务复制一份后将其清空,然后对这份拷贝进行操作。
Queue<Action> queueCopy;
lock (_queue) {
queueCopy = new Queue<Action>(_queue);
_queue.Clear();
}
foreach (var action in queueCopy) {
action();
}
}
}
private void WriteLog(string content) {
lock (_queue) { // todo: 这里存在线程安全问题,可能会发生阻塞。
// 将任务加到队列
_queue.Enqueue(() => File.AppendAllText("log.txt", content));
}
// 打开“信号”
_hasNew.Set();
}
// 公开一个Write方法供外部调用
public static void Write(string content) {
// WriteLog 方法只是向队列中添加任务,执行时间极短,所以使用Task.Run。
Task.Run(() => GetInstance().WriteLog(content));
}
}
类写好了,用上文“并发和异步的区别”中的代码测试一下这个Logger类,在我的电脑上运行的一次结果:
共3000条日志,结果没有问题。
上面的Logger类注释写得很详细,我就不再解析了。
通过这个示例,目的是让大家掌握线程和并发在开发中的基本应用和要注意的问题。
遗憾的是这个Logger类并不完美,而且存在线程安全问题(代码中用红色字体标出),虽然实际环境概率很小。可能上面代码多次运行都很难看到有异常发生(我多次运行未发生异常),但同时再添加几个线程可能就会有问题了。
那么,如何解决这个线程安全问题呢?
[ASP.NET MVC 大牛之路]03 - C#高级知识点概要(2) - 线程和并发
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