.NET同步与异步之相关背景知识（六）

在之前的五篇随笔中，已经介绍了.NET 类库中实现并行的常见方式及其基本用法，当然、这些基本用法远远不能覆盖所有，也只能作为一个引子出现在这里。以下是前五篇随笔的目录：

.NET 同步与异步之封装成Task(五)

.NET 实现并行的几种方式（四）

.NET 实现并行的几种方式（三）

.NET 实现并行的几种方式（二）

.NET 实现并行的几种方式（一）

话再说回来，这五篇随笔都属于《同步与异步》系列。同步与异步、这是一个很大、很笼统的话题，以笔者所学很难将其将其介绍清楚，不过、笔者还是会尽力的。以下是笔者打算在近期介绍的一些知识点（大纲）、当然如果您有更好的意见或建议、欢迎评论留言。

1、与“同步与异步”相关的一些背景知识（即当前随笔）

　　线程上下文、上下文切换、竞争条件（竞态条件）、锁、死锁。

2、锁（Lock、Monitor、ReaderWriterLockSlim）（预计1-2篇随笔）

3、原子操作和自旋锁（Interlocked、SpinLock）（预计1篇随笔）

https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.spinlock(v=vs.110).aspx

https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.interlocked(v=vs.110).aspx

4、WaitHandle家族 （预计2篇随笔）

https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.waithandle(VS.80).aspx

https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.semaphoreslim(v=vs.110).aspx

5、警惕闭包中的变量捕获（预计1篇随笔）

6、线程安全的集合（预计1篇随笔）

好了，大纲暂时就先这些了，下面进入该篇随笔的正文、线程方面的相关背景知识：

线程上下文

线程的强大之处、我就不再强调了。如此强大的线程、想要“免费”使用它，似乎是不可能的，就像有句话说的那样：出来混总是要还的。

Windows中每开辟一个线程、系统都要默认分配一定量的内存空间、其中有一块内存空间用来保存CPU寄存器中的值，我们把这个内存块称为线程上下文。

内存空间中除了寄存器集合之外，还有一部分叫线程栈，线程栈的内存开销要比寄存器集合的内存开销大的多。

上下文切换

线程、是程序执行流的最小单元，它就像一个逻辑CPU(或者虚拟CPU)。在系统中多个逻辑CPU（线程）共享计算机中的物理CPU核心（一个CPU可能有多个核心）。

Windows在任何时刻，都只会把一个线程分配给一个CPU核心去运行。被分配的线程运行一个“时间片”长度后，时间片到期，此时Windows会切换上下文。

每次切换上下文，Windows都会做如下操作：

1、将CPU寄存器中的值保存到当前的线程上下文中。2、从现有的线程集合中挑选一个线程。3、将挑选的线程的上下文加载到CPU寄存器中。

上下文切换完成后，CPU会运行所选线程，直到它的时间片到期，然后再次发生上下文切换。Windows大约会30毫秒切换一次线程上下文。

事实上、上下文切换对性能的影响可能超乎了你的想象：

线程在运行时，线程所需的代码和数据都存放在CPU的高速缓存中，这使得CPU不必经常访问内存RAM(访问它的速度要比访问高速缓存的速度慢的多)。

当Windows进行上下文切换后、线程运行所需的代码和数据，可能不在CPU的高速缓存中，因此CPU必须访问RAM来填充高速缓存、以恢复CPU的高速运行。

但是，大约30毫秒后，上下文切换再一次发生了。

另外、当一个时间片结束后，如果Widnows决定继续运行同一个线程，那么将不发生上下文切换。

线程也可以自主终止其时间片，节省出来的时间、CPU可以用来运行其他线程。

关于 Thread.Sleep   方法、这里说一下它的三个特殊参数， -1, 0, 1 毫秒。

-1，当前线程将永远休眠（此参数其实没有意义，虽然Windows不再调度该线程，但它还是占用着内存）。

0，当前线程放弃了剩余的时间片，促使Windows发生上下文切换。当然此时Windows有可能还会继续运行当前休眠的线程（没有相同和更高优先级的线程需要运行的时候）

1，Sleep(0), 是不允许线程优先级较低的线程运行的， 而 Sleep(1) 会强制发生一次上下文切换。

竞争条件

假如有以下一行代码、假定当时 整形变量i的值为 0 ：

i = i + 1;

当有两个线程同时运行该行代码后，变量i的值变为了1。这时候的结果和预期的值2不一致，这时候我们认为是由于竞争条件引发了安全问题。

引发该问题的原因是：多个线程同时访问了共享资源。

存在竞争条件的代码，我们认为是线程不安全的代码。

锁 和 死锁

解决竞争条件的典型方案是，获取共享资源的独占式访问特权，而获取该特权的过程、我们称之为加锁。而这个特权、就是锁。

但是、加锁和释放锁的过程中开销较大、性能影响较大。还有一类更好的解决方案：原子操作，我有时候也会把它称为轻量级锁。

当两把锁相互等待对方释放的时候、我们认为此时发生了死锁。

随笔暂告一段落、下一篇随笔介绍： 锁（Lock、Monitor、ReaderWriterLockSlim）（预计1-2篇随笔）

附，Demo : http://files.cnblogs.com/files/08shiyan/ParallelDemo.zip

参见更多：随笔导读：同步与异步

(未完待续...)

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