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C#多線程，論多核時(shí)代愛恨情仇

博客前言

為什么要學(xué)習(xí)多線程？

  • 2010年1月21日是10年某市公務(wù)員考試的報(bào)名截止日。因從下午2點(diǎn)開始，用于報(bào)名的北京市人事考試網(wǎng)癱瘓，原定于昨天下午5點(diǎn)截止的報(bào)名時(shí)間延遲至今天上午11點(diǎn)。

  • 2011年3月11日下午5時(shí)（北京時(shí)間12日早9點(diǎn)）,蘋果發(fā)布新一代的平板電腦產(chǎn)品iPad 2，配備了A5.1Ghz雙核處理器，這寓意著平板電腦和筆記本一同進(jìn)入"多核時(shí)代"。

  • 同年6月18日，國內(nèi)著名B2C---京東在周年慶典之際舉行了"隆重"的大規(guī)模的促銷活動(dòng)，搶購隨之而來，訂單擠爆京東 限時(shí)達(dá)臨時(shí)取消。 昨天有消費(fèi)者反映，由于點(diǎn)擊量過大，18日早上京東商城網(wǎng)站一度癱瘓。一位消費(fèi)者說：“18日凌晨1點(diǎn)開始就登不上京東商城?！眲?qiáng)東也表示：由于流量多 次超過4個(gè)G，服務(wù)器運(yùn)行緩慢。 昨天，京東商城官網(wǎng)發(fā)布公告稱，“‘618’活動(dòng)異?；鸨矣脩粝聠嗡俣瓤涨?，致使部分用戶已購訂單顯示出現(xiàn)延遲，用戶在一段時(shí)間內(nèi)無法在‘我的京東’中 查詢到自己的訂單。目前已購訂單顯示延遲的問題已得到有效解決，對(duì)此給您帶來的不便，我們深表歉意?！?/p>

  • 2015年05月05日登錄風(fēng)信子網(wǎng)上商城發(fā)現(xiàn)，首頁除了廣告和相關(guān)消息外，只有“注冊(cè)賬號(hào)獲取更多優(yōu)惠”這唯一一個(gè)按鈕，沒有商品展示，沒有產(chǎn) 品搜索，不能網(wǎng)上下單，甚至連進(jìn)入商城的按鈕也沒有。風(fēng)信子南沙跨境商品直購體驗(yàn)中心相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，這主要是因?yàn)轭A(yù)約的人數(shù)太多，截至五一，預(yù)約人數(shù)已 超過十萬，太多人頻繁登陸，導(dǎo)致網(wǎng)店服務(wù)器癱瘓，目前技術(shù)人員還在努力維修中。該負(fù)責(zé)人介紹，體驗(yàn)中心的網(wǎng)站目前正在調(diào)試，“網(wǎng)站目前的作用主要是給市民 預(yù)約和提前注冊(cè)，通過網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)的市民不用在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證身份證等信息，可以提高購買效率。”

下面通過一些實(shí)例來認(rèn)識(shí)一下多線程和讓大家知道為什么要學(xué)習(xí)多線程。

寫在前面

老板只有兩種，好的和壞的。好的老板只跟你談錢，壞的老板只跟你談理想。

v模擬場(chǎng)景

假設(shè)后臺(tái)有個(gè)monitor時(shí)事的在監(jiān)測(cè)訂單，且可以發(fā)現(xiàn)訂單然后處理訂單，每次(1次/S)可以處理1千個(gè)訂單，需要向倉庫系統(tǒng)發(fā)出指令，讓他們負(fù)責(zé)配送發(fā)貨。那么我們來寫一個(gè)EmulationSystem（模擬系統(tǒng)）

JobHelper因?yàn)槲覀冎皇菫榱四M一個(gè)環(huán)境，所以它是這樣的。

  
 
    
   
  
  1. //------------------------------------------------------------------------------ 
    2. 
   
  
  2. //  
    3. 
   
  
  3. //     Copyright (C) 2015-2016 All Rights Reserved 
    4. 
   
  
  4. //     原博文地址： http://www.cnblogs.com/toutou/ 
    5. 
   
  
  5. //   
    6. 
   
  
  6. //------------------------------------------------------------------------------ 
    7. 
   
  
  7. namespace CNBlogs.Common.Shared 
    8. 
   
  
  8. { 
    9. 
   
  
  9.     using System.Threading; 
    10. 
   
  
  10.     ///  
    11. 
   
  
  11.     /// Job helper 
    12. 
   
  
  12.     ///  
    13. 
   
  
  13.     public class JobHelper 
    14. 
   
  
  14.     { 
    15. 
   
  
  15.         ///  
    16. 
   
  
  16.     /// Get job total count 
    17. 
   
  
  17.         ///  
    18. 
   
  
  18.     ///  
    19. 
   
  
  19.     public int GetJobCount() 
    20. 
   
  
  20.         { 
    21. 
   
  
  21.             // 我們的側(cè)重點(diǎn)是多線程，所以我們就模擬每次有1千個(gè)訂單，而模擬，所以我們不關(guān)心其他的。只要訂單數(shù)量。 
    22. 
   
  
  22.     return 1000; 
    23. 
   
  
  23.         } 
    24. 
   
  
  24.         ///  
    25. 
   
  
  25.     /// Submit job 
    26. 
   
  
  26.         ///  
    27. 
   
  
  27.     /// For job id 
    28. 
   
  
  28.     /// Submit job status 
    29. 
   
  
  29.     public bool SubmitJob(int jobId) 
    30. 
   
  
  30.         { 
    31. 
   
  
  31.             // 假設(shè)針對(duì)每個(gè)訂單向后臺(tái)發(fā)送任務(wù)需要1秒，而且每個(gè)訂單都能成功發(fā)送 
    32. 
   
  
  32.             Thread.Sleep(1000); 
    33. 
   
  
  33.             return true; 
    34. 
   
  
  34.         } 
    35. 
   
  
  35.     } 
    36. 
   
  
  36. } 
    37.

背景我們也交待完了，現(xiàn)在需要來得到這些訂單信息以后，向倉庫submit這些訂單。

v實(shí)戰(zhàn)演習(xí)

根據(jù)這種背景，我們可以有很多處理的辦法。

  • 傳統(tǒng)辦法:

    (開啟無腦模式：未使用多線程)

    代碼正文：

        
   
      
     
    
    1. //------------------------------------------------------------------------------ 
      2. 
     
    
    2. //  
      3. 
     
    
    3. //     Copyright (C) 2015-2016 All Rights Reserved 
      4. 
     
    
    4. //     原博文地址： http://www.cnblogs.com/toutou/ 
      5. 
     
    
    5. //   
      6. 
     
    
    6. //------------------------------------------------------------------------------ 
      7. 
     
    
    7. namespace CNBlogs.EmulationSystem 
      8. 
     
    
    8. { 
      9. 
     
    
    9.     using System; 
      10. 
     
    
    10.     using System.Threading; 
      11. 
     
    
    11.     using CNBlogs.Common.Shared; 
      12. 
     
    
    12.     class Runner 
      13. 
     
    
    13.     { 
      14. 
     
    
    14.         ///  
      15. 
     
    
    15.                 /// Job helper 
      16. 
     
    
    16.         ///  
      17. 
     
    
    17.                 private static JobHelper jobHelper = new JobHelper(); 
      18. 
     
    
    18.         ///  
      19. 
     
    
    19.                 /// Runner lock 
      20. 
     
    
    20.         ///  
      21. 
     
    
    21.                 private static Mutex mutex; 
      22. 
     
    
    22.         static void Main(string[] args) 
      23. 
     
    
    23.         { 
      24. 
     
    
    24.             // 記錄開始處理的時(shí)間 
      25. 
     
    
    25.             DateTime paddingTime = DateTime.Now.ToLocalTime(); 
      26. 
     
    
    26.             int orderCount = jobHelper.GetJobCount(); 
      27. 
     
    
    27.             // 用一個(gè)指示調(diào)用線程是否應(yīng)擁有互斥體的初始所屬權(quán)的布爾值來初始化 Mutex 類的新實(shí)例。 
      28. 
     
    
    28.             // 當(dāng)前進(jìn)程只能啟動(dòng)一次 
      29. 
     
    
    29.             mutex = new Mutex(false, "CNBlogs.EmulationSystem"); 
      30. 
     
    
    30.             if (!mutex.WaitOne(0, false)) 
      31. 
     
    
    31.             { 
      32. 
     
    
    32.                 Console.Out.WriteLine("Monitor already running..."); 
      33. 
     
    
    33.                 return; 
      34. 
     
    
    34.             } 
      35. 
     
    
    35.             for (int i = 0; i < orderCount; i++) 
      36. 
     
    
    36.             { 
      37. 
     
    
    37.                 // 假設(shè)i就是job id 
      38. 
     
    
    38.                 jobHelper.SubmitJob(i); 
      39. 
     
    
    39.             } 
      40. 
     
    
    40.             // 記錄處理完成的時(shí)間 
      41. 
     
    
    41.             DateTime completeTime = DateTime.Now.ToLocalTime(); 
      42. 
     
    
    42.             var minutes = (completeTime - paddingTime).TotalSeconds; 
      43. 
     
    
    43.             Console.WriteLine(string.Format("處理{0}個(gè)訂單，花費(fèi)時(shí)間{1}秒", orderCount, minutes)); 
      44. 
     
    
    44.         } 
      45. 
     
    
    45.     } 
      46. 
     
    
    46. } 
      47.

    PS:現(xiàn)在的這些個(gè)電商，動(dòng)不動(dòng)來個(gè)什么周年慶店慶什么雙11雙12的一頓突突，搞得咱這些老百姓就全部蜂擁而上，顯然如果用傳統(tǒng)的方法雖然不會(huì)出錯(cuò)，但是老板肯定會(huì)找你喝茶。在多核時(shí)代用這種方法也只能恨鐵不成鋼了。所以這個(gè)方法是絕對(duì)不可取的。

  • Task方法：

    如果有對(duì)Task不是很熟悉的園友可以在這里解開心謎。

    代碼正文：

         
   
      
      
    
    1. //------------------------------------------------------------------------------ 
      2. 
      
    
    2. //  
      3. 
      
    
    3. //     Copyright (C) 2015-2016 All Rights Reserved 
      4. 
      
    
    4. //     原博文地址： http://www.cnblogs.com/toutou/ 
      5. 
      
    
    5. //   
      6. 
      
    
    6. //------------------------------------------------------------------------------ 
      7. 
      
    
    7. namespace CNBlogs.EmulationSystem 
      8. 
      
    
    8. { 
      9. 
      
    
    9.     using System; 
      10. 
      
    
    10.     using System.Collections.Generic; 
      11. 
      
    
    11.     using System.Threading; 
      12. 
      
    
    12.     using System.Threading.Tasks; 
      13. 
      
    
    13.     using CNBlogs.Common.Shared; 
      14. 
      
    
    14.     class Runner 
      15. 
      
    
    15.     { 
      16. 
      
    
    16.         ///  
      17. 
      
    
    17.                 /// Job helper 
      18. 
      
    
    18.         ///  
      19. 
      
    
    19.                 private static JobHelper jobHelper = new JobHelper(); 
      20. 
      
    
    20.         ///  
      21. 
      
    
    21.                 /// Runner lock 
      22. 
      
    
    22.         ///  
      23. 
      
    
    23.                 private static Mutex mutex; 
      24. 
      
    
    24.         static void Main(string[] args) 
      25. 
      
    
    25.         { 
      26. 
      
    
    26.             // 記錄開始處理的時(shí)間 
      27. 
      
    
    27.             DateTime paddingTime = DateTime.Now.ToLocalTime(); 
      28. 
      
    
    28.             int orderCount = jobHelper.GetJobCount(); 
      29. 
      
    
    29.             // 用一個(gè)指示調(diào)用線程是否應(yīng)擁有互斥體的初始所屬權(quán)的布爾值來初始化 Mutex 類的新實(shí)例。 
      30. 
      
    
    30.             // 當(dāng)前進(jìn)程只能啟動(dòng)一次 
      31. 
      
    
    31.             mutex = new Mutex(false, "CNBlogs.EmulationSystem"); 
      32. 
      
    
    32.             if (!mutex.WaitOne(0, false)) 
      33. 
      
    
    33.             { 
      34. 
      
    
    34.                 Console.Out.WriteLine("Monitor already running..."); 
      35. 
      
    
    35.                 return; 
      36. 
      
    
    36.             } 
      37. 
      
    
    37.             var taskList = new List(); 
      38. 
      
    
    38.             for (int i = 0; i < orderCount; i++) 
      39. 
      
    
    39.             { 
      40. 
      
    
    40.                 int temp=i; 
      41. 
      
    
    41.                 taskList.Add(Task.Factory.StartNew(() => 
      42. 
      
    
    42.                 { 
      43. 
      
    
    43.                     // 假設(shè)i就是job id 
      44. 
      
    
    44.                     jobHelper.SubmitJob(temp); 
      45. 
      
    
    45.                 })); 
      46. 
      
    
    46.             } 
      47. 
      
    
    47.             // 等待所有task執(zhí)行完畢 
      48. 
      
    
    48.             Task.WaitAll(taskList.ToArray()); 
      49. 
      
    
    49.             // 記錄處理完成的時(shí)間 
      50. 
      
    
    50.             DateTime completeTime = DateTime.Now.ToLocalTime(); 
      51. 
      
    
    51.             var minutes = (completeTime - paddingTime).TotalSeconds; 
      52. 
      
    
    52.             Console.WriteLine(string.Format("Complete: {0}，cost {1} s", orderCount, minutes)); 
      53. 
      
    
    53.         } 
      54. 
      
    
    54.     } 
      55. 
      
    
    55. } 
      56.

    代碼效果：

    相信分別從有TASK和沒有TASK的這兩次demo中，可以清楚的發(fā)現(xiàn)多線程處理這些頻繁交互能力的魅力。你會(huì)愛上這個(gè)方法。確實(shí)提高的效率。但是問題也隨之而來，一個(gè)進(jìn)程多線程的總數(shù)和大小是有要求的(這個(gè)取決于服務(wù)器的配置)，不是任由我們肆意的開采的。如果訂單太多，我們不控制task那是會(huì)拉仇恨的。task需要控制。

  • Semaphore：

    如果有對(duì)Semaphore不是很熟悉的園友可以在這里解開心謎。

    代碼正文： 

        
   
      
     
    
    1. //------------------------------------------------------------------------------ 
      2. 
     
    
    2. //  
      3. 
     
    
    3. //     Copyright (C) 2015-2016 All Rights Reserved 
      4. 
     
    
    4. //     原博文地址： http://www.cnblogs.com/toutou/ 
      5. 
     
    
    5. //   
      6. 
     
    
    6. //------------------------------------------------------------------------------ 
      7. 
     
    
    7. namespace CNBlogs.EmulationSystem 
      8. 
     
    
    8. { 
      9. 
     
    
    9.     using System; 
      10. 
     
    
    10.     using System.Collections.Generic; 
      11. 
     
    
    11.     using System.Threading; 
      12. 
     
    
    12.     using System.Threading.Tasks; 
      13. 
     
    
    13.     using CNBlogs.Common.Shared; 
      14. 
     
    
    14.     class Runner 
      15. 
     
    
    15.     { 
      16. 
     
    
    16.         ///  
      17. 
     
    
    17.                 /// Job helper 
      18. 
     
    
    18.         ///  
      19. 
     
    
    19.                 private static JobHelper jobHelper = new JobHelper(); 
      20. 
     
    
    20.         ///  
      21. 
     
    
    21.                 /// The locker used to lock the semaphore and thread. 
      22. 
     
    
    22.         ///  
      23. 
     
    
    23.                 private static object lockerObj = new object(); 
      24. 
     
    
    24.         ///  
      25. 
     
    
    25.                 /// The semaphore limit the thread number of get latest test info 
      26. 
     
    
    26.         ///  
      27. 
     
    
    27.                 private static Semaphore semaphoreLimit; 
      28. 
     
    
    28.         ///  
      29. 
     
    
    29.                 /// Runner lock 
      30. 
     
    
    30.         ///  
      31. 
     
    
    31.                 private static Mutex mutex; 
      32. 
     
    
    32.         static void Main(string[] args) 
      33. 
     
    
    33.         { 
      34. 
     
    
    34.             // 記錄開始處理的時(shí)間 
      35. 
     
    
    35.             DateTime paddingTime = DateTime.Now.ToLocalTime(); 
      36. 
     
    
    36.             int orderCount = jobHelper.GetJobCount(); 
      37. 
     
    
    37.             // 用一個(gè)指示調(diào)用線程是否應(yīng)擁有互斥體的初始所屬權(quán)的布爾值來初始化 Mutex 類的新實(shí)例。 
      38. 
     
    
    38.             // 當(dāng)前進(jìn)程只能啟動(dòng)一次 
      39. 
     
    
    39.             mutex = new Mutex(false, "CNBlogs.EmulationSystem"); 
      40. 
     
    
    40.             if (!mutex.WaitOne(0, false)) 
      41. 
     
    
    41.             { 
      42. 
     
    
    42.                 Console.Out.WriteLine("Monitor already running..."); 
      43. 
     
    
    43.                 return; 
      44. 
     
    
    44.             } 
      45. 
     
    
    45.             // 假設(shè)我們的服務(wù)器一個(gè)進(jìn)程只能接受的大小=當(dāng)前線程大小*500 ps:500是設(shè)置信號(hào)量的最大值 
      46. 
     
    
    46.                 int maxProcNumber = 500; 
      47. 
     
    
    47.             using (semaphoreLimit = new Semaphore(0, maxProcNumber)) 
      48. 
     
    
    48.             { 
      49. 
     
    
    49.                 // 以指定的次數(shù)退出信號(hào)量并返回前一個(gè)計(jì)數(shù)。 
      50. 
     
    
    50.                 semaphoreLimit.Release(maxProcNumber); 
      51. 
     
    
    51.                 var taskList = new List(); 
      52. 
     
    
    52.                 for (int i = 0; i < orderCount; i++) 
      53. 
     
    
    53.                 { 
      54. 
     
    
    54.                     int temp=i; 
      55. 
     
    
    55.                     // 如果SubmitJob有IO或者其他容易因?yàn)闆_突而引起異常的話，這里需要加上lock 
      56. 
     
    
    56.                     //lock (lockerObj) 
      57. 
     
    
    57.                     //{ 
      58. 
     
    
    58.                         semaphoreLimit.WaitOne(); 
      59. 
     
    
    59.                         taskList.Add(Task.Factory.StartNew(() => 
      60. 
     
    
    60.                         { 
      61. 
     
    
    61.                             // 假設(shè)i就是job id 
      62. 
     
    
    62.                             jobHelper.SubmitJob(temp); 
      63. 
     
    
    63.                             // 退出信號(hào)量并返回前一個(gè)計(jì)數(shù)。 
      64. 
     
    
    64.                             semaphoreLimit.Release(); 
      65. 
     
    
    65.                         })); 
      66. 
     
    
    66.                     //} 
      67. 
     
    
    67.                 } 
      68. 
     
    
    68.                 // 等待所有task執(zhí)行完畢 
      69. 
     
    
    69.                 Task.WaitAll(taskList.ToArray()); 
      70. 
     
    
    70.             } 
      71. 
     
    
    71.             // 記錄處理完成的時(shí)間 
      72. 
     
    
    72.             DateTime completeTime = DateTime.Now.ToLocalTime(); 
      73. 
     
    
    73.             var minutes = (completeTime - paddingTime).TotalSeconds; 
      74. 
     
    
    74.             Console.WriteLine(string.Format("Complete: {0}，cost {1} s", orderCount, minutes)); 
      75. 
     
    
    75.         } 
      76. 
     
    
    76.     } 
      77. 
     
    
    77. } 
      78.

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v博客總結(jié)

多線程路還很長...


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