《CLR via C#》之线程处理——任务调度器

Posted 2020-08-05 乾学斋

《CLR via C#》之线程基础——任务调度器

《CLR via C#》之线程基础——任务调度器
线程池任务调度器
设置线程池限制
如何管理工作者线程
同步上下文任务调度器
自定义TaskScheduler派生类

FCL提供了两个派生子TaskScheduler的类型：线程池任务调度器（thread pool task scheduler），和同步上下文任务调度器（synchronization context task scheduler）。默认情况下都使用线程池任务调度器。

线程池任务调度器

通过TaskScheduler的静态Default属性获得默认任务调度器的引用。

设置线程池限制

线程池永远不应该设置最大线程数，因为可能发生饥饿。虽然CLR提供了相关函数——ThreadPool静态方法（强烈不建议调用）：GetMaxThreads，SetMaxThreads，GetMinThreads，SetMinThreads和GetAvailableThreads。
CLR线程数的默认值大约是1000个线程，基本可以认为是无限制。因为在32位进程最大用户空间为2GB，加载完Win32和CLR等DLLs后，大约剩余1.5GB地址空间。每个线程都需要超过1MB的内存（用户模式栈，线程环境块TEB），所以最多大约有1360个线程。试图创建更多会抛出OutOfMemoryException。64位的进程提供8TB地址空间，理论上可以创建千百万个线程。

如何管理工作者线程

• ThreadPool.QueueUserWorkItem方法和Timer类
  总是将工作项放到全局队列中。采用先入先出（FIFO）策略来由工作者线程处理这个队列。防止多个工作者线程同时从全局队列取工作项，增加了一个线程同步锁（有时会成为性能瓶颈）。
• 默认TaskScheduler来调度Task对象
  非工作者线程调度Task时，总是将它添加到全局队列。工作者线程调度Task时，将它添加到本地队列。
  工作者线程获取Task步骤如下：
  • 首先从本地队列查找一个Task，以后入先出（LIFO）算法。由于工作者线程是唯一访问本地队列头的线程，所以无需同步锁。
  • 如果本地队列空了，会尝试从另一个工作者线程的本地队列尾部“偷”一个Task，这个过程要求一个线程同步锁。
  • 如果所有的本地队列都空了，那么工作者线程会使用FIFO算法，从全局队列提取一个工作项。如果全局队列也空了，那么工作者线程会进入睡眠状态，等待事情发生，如果睡眠时间太长，会自己醒了，并销毁自身以释放线程占用的资源。

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同步上下文任务调度器

同步上下文任务调度器适合提供图形用户界面的应用程序。比如Form，WPF，Silverlight和Windows Store。它将所有任务都调度给GUI线程，使任务代码更新UI组件。通过执行TaskScheduler的静态方法FormCurrentSynchronizeContext来获得同步上下文任务调度器的引用。

internal sealed class MyForm : Form
{
    private readonly TaskScheduler m_syncContextTaskScheduler;
    public MyForm()
    {
        // 获得一个同步上下文任务调度器的引用
        m_syncContextTaskScheduler = TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext();
        Text = "Synchronization Context Task Scheduler Demo";
        Visible = true; Width = 600; Height = 100;
    }
    private CancellationTokenSource m_cts;
    protected override void OnMouseClick(MouseEventArgs e)
    {
        if (m_cts != null)
        { // An operation is in flight, cancel it
            m_cts.Cancel(); 712 PART V Threading
                m_cts = null;
        }
        else
        { // 操作正则进行，取消它
            Text = "Operation running";
            m_cts = new CancellationTokenSource();
            // 默认任务调度器调度的Task，在线程池执行
            Task<Int32> t = Task.Run(() => Sum(m_cts.Token, 20000), m_cts.Token);
            // 下面的任务使用同步上下文任务调度器，在GUI线程上执行
            t.ContinueWith(task => Text = "Result: " + task.Result,
            CancellationToken.None, TaskContinuationOptions.OnlyOnRanToCompletion,
            m_syncContextTaskScheduler);
            t.ContinueWith(task => Text = "Operation canceled",
            CancellationToken.None, TaskContinuationOptions.OnlyOnCanceled,
            m_syncContextTaskScheduler);
            t.ContinueWith(task => Text = "Operation faulted",
            CancellationToken.None, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted,
            m_syncContextTaskScheduler);
        }
        base.OnMouseClick(e);
    }
}

自定义TaskScheduler派生类

微软在Parallel Extensions Extras包中提供了大量和任务相关的示例代码，比如：

• IOTaskScheduler
  将任务排队给线程池的I/O线程而不是工作者线程。
• LimitedConcurrencyLevelTaskScheduler
  这个任务调度器不允许超过n（一个构造器参数）个任务同时执行
• OrderedTaskScheduler
  派生自LimitedConcurrencyLevelScheduler，n为1。
• ThreadPerTaskScheduler
  为每个任务 创建单独的线程，不使用线程池。
• PrioritizingTaskScheduler
  调用Prioritize指出一个Task在所有普通任务之前处理，Deprioritize相反。
  

来自为知笔记(Wiz)