c#多线程编程实战（原书第二版）文摘

Thread t = new Thread(PrintNumbersWithDelay);
t.Start();
t.Join();

但我们在主程序中调用了t.Join方法，该方法允许我们等待直到线程t完成。当线程t完成时，主程序会继续运行。借助该技术可以实现在两个线程间同步。

当主程序和单独的数字打印线程运行时，我们等待6秒后对线程调用了t.Abort方法。这给线程注入了ThreadAbortException方法，导致线程被终结。这非常危险，因为该异常可以在任何时刻发生并可能彻底摧毁应用程序。另外，使用该技术也不一定总能终止线程。目标线程可以通过处理该异常并调用Thread.ResetAbort方法来拒绝被终止。因此并不推荐使用Abort方法来关闭线程。可优先使用一些其他方法，比如提供一个CancellationToken方法来取消线程的执行。

进程会等待所有的前台线程完成后再结束工作，但是如果只剩下后台线程，则会直接结束工作。

线程之间传递参数：

    var threadThree = new Thread(() => CountNumbers(12));
            threadThree.Name = "ThreadThree";
            threadThree.Start();
            threadThree.Join();

static void CountNumbers(int iterations)
        {
            for (int i = 1; i <= iterations; i++)
            {
                Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
                WriteLine($"{CurrentThread.Name} prints {i}");
            }
        }

当主程序启动时，定义了两个将会抛出异常的线程。其中一个对异常进行了处理，另一个则没有。可以看到第二个异常没有被包裹启动线程的try/catch代码块捕获到。所以如果直接使用线程，一般来说不要在线程中抛出异常，而是在线程代码中使用try/catch代码块。

第一章 线程基础

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第二章 线程同步

为了利用好这两种方式，可以使用混合模式（hybrid）。混合模式先尝试使用用户模式等待，如果线程等待了足够长的时间，则会切换到阻塞状态以节省CPU资源。

·执行基本的原子操作

而借助于Interlocked类，我们无需锁定任何对象即可获取到正确的结果。Interlocked提供了Increment、Decrement和Add等基本数学操作的原子方法，从而帮助我们在编写Counter类时无需使用锁

class CounterNoLock : CounterBase
        {
            private int _count;

            public int Count => _count;

            public override void Increment()
            {
                Interlocked.Increment(ref _count);
            }

            public override void Decrement()
            {
                Interlocked.Decrement(ref _count);
            }
        }

·使用Mutex类

    static void Main(string[] args)
        {
            const string MutexName = "CSharpThreadingCookbook";

            using (var m = new Mutex(false, MutexName))
            {
                if (!m.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(5), false))
                {
                    WriteLine("Second instance is running!");
                }
                else
                {
                    WriteLine("Running!");
                    ReadLine();
                    m.ReleaseMutex();
                }
            }
        }

当主程序启动时，定义了一个指定名称的互斥量，设置initialOwner标志为false。这意味着如果互斥量已经被创建，则允许程序获取该互斥量。如果没有获取到互斥量，程序则简单地显示Running，等待直到按下了任何键，然后释放该互斥量并退出。
如果再运行同样一个程序，则会在5秒钟内尝试获取互斥量。如果此时在第一个程序中按下了任何键，第二个程序则会开始执行。然而，如果保持等待5秒钟第二个程序将无法获取到该互斥量

注意具名的互斥量是全局的操作系统对象！请务必正确关闭互斥量。最好是使用using代码块来包裹互斥量对象。
该方式可用于在不同的程序中同步线程，可被推广到大量的使用场景中。

·使用SemaphoreSlim类

    static SemaphoreSlim _semaphore = new SemaphoreSlim(4);

        static void AccessDatabase(string name, int seconds)
        {
            WriteLine($"{name} waits to access a database");
            _semaphore.Wait();
            WriteLine($"{name} was granted an access to a database");
            Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
            WriteLine($"{name} is completed");
            _semaphore.Release();
        }

每个线程都尝试获取数据库的访问，但是我们借助于信号系统限制了访问数据库的并发数为4个线程。当有4个线程获取了数据库的访问后，其他两个线程需要等待，直到之前线程中的某一个完成工作并调用_semaphore.Release方法来发出信号。

·使用AutoResetEvent类

    private static AutoResetEvent _workerEvent = new AutoResetEvent(false);
        private static AutoResetEvent _mainEvent = new AutoResetEvent(false);

AutoResetEvent类采用的是内核时间模式，所以等待时间不能太长。使用ManualResetEventslim类更好，因为它使用的是混合模式。

·使用ManualResetEventSlim类

在前面某小节中，我们使用了一种无法在操作系统层面工作的混合模式。如果我们需要全局事件，则可以使用EventWaitHandle类，其是AutoResetEvent和ManualResetEvent类的基类
·使用CountDownEvent类

本节将描述如何使用CountdownEvent信号类来等待直到一定数量的操作完成。

    static void Main(string[] args)
        {
            WriteLine("Starting two operations");
            var t1 = new Thread(() => PerformOperation("Operation 1 is completed", 4));
            var t2 = new Thread(() => PerformOperation("Operation 2 is completed", 8));
            t1.Start();
            t2.Start();
            _countdown.Wait();
            WriteLine("Both operations have been completed.");
            _countdown.Dispose();

            System.Threading.Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(12));
        }

        static CountdownEvent _countdown = new CountdownEvent(2);

        static void PerformOperation(string message, int seconds)
        {
            Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
            WriteLine(message);
            _countdown.Signal();
        }

当主程序启动时，创建了一个CountdownEvent实例，在其构造函数中指定了当两个操作完成时会发出信号。然后我们启动了两个线程，当它们执行完成后会发出信号。一旦第二个线程完成，主线程会从等待CountdownEvent的状态中返回并继续执行。针对需要等待多个异步操作完成的情形，使用该方式是非常便利的。
然而这有一个重大的缺点。如果调用_countdown.Signal（）没达到指定的次数，那么_countdown.Wait（）将一直等待。请确保使用CountdownEvent时，所有线程完成后都要调用Signal方法。

·使用Barrier类

Barrier类用于组织多个线程及时在某个时刻碰面。其提供了一个回调函数，每次线程调用了SignalAndWait方法后该回调函数会被执行。

每个线程将向Barrier发送两次信号，所以会有两个阶段。每次这两个线程调用Signal-AndWait方法时，Barrier将执行回调函数。这在多线程迭代运算中非常有用，可以在每个迭代结束前执行一些计算。当最后一个线程调用SignalAndWait方法时可以在迭代结束时进行交互。

    static void Main(string[] args)
        {
            var t1 = new Thread(() => PlayMusic("the guitarist", "play an amazing solo", 5));
            var t2 = new Thread(() => PlayMusic("the singer", "sing his song", 2));

            t1.Start();
            t2.Start();
        }

        static Barrier _barrier = new Barrier(2, b => WriteLine($"End of phase {b.CurrentPhaseNumber + 1}"));

        static void PlayMusic(string name, string message, int seconds)
        {
            for (int i = 1; i < 3; i++)
            {
                WriteLine("----------------------------------------------");
                Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
                WriteLine($"{name} starts to {message}");
                Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
                WriteLine($"{name} finishes to {message}");
                _barrier.SignalAndWait();
            }
        }

·使用ReaderWriterLockSlim类

使用ReaderWriterLockSlim来创建一个线程安全的机制，在多线程中对一个集合进行读写操作。ReaderWriterLockSlim代表了一个管理资源访问的锁，允许多个线程同时读取，以及独占写。

当主程序启动时，同时运行了三个线程来从字典中读取数据，还有另外两个线程向该字典中写入数据。我们使用ReaderWriterLockSlim类来实现线程安全，该类专为这样的场景而设计。
这里使用两种锁：读锁允许多线程读取数据，写锁在被释放前会阻塞了其他线程的所有操作。获取读锁时还有一个有意思的场景，即从集合中读取数据时，根据当前数据而决定是否获取一个写锁并修改该集合。一旦得到写锁，会阻止阅读者读

取数据，从而浪费大量的时间，因此获取写锁后集合会处于阻塞状态。为了最小化阻塞浪费的时间，可以使用EnterUpgradeableReadLock和ExitUpgradeableReadLock方法。先获取读锁后读取数据。如果发现必须修改底层集合，只需使用EnterWriteLock方法升级锁，然后快速执行一次写操作，最后使用ExitWriteLock释放写锁。
在本例中，我们先生成一个随机数。然后获取读锁并检查该数是否存在于字典的键集合中。如果不存在，将读锁更新为写锁然后将该新键加入到字典中。始终使用try/finally代码块来确保在捕获锁后一定会释放锁，这是一项好的实践。

    static void Main(string[] args)
        {
            new Thread(Read){ IsBackground = true }.Start();
            new Thread(Read){ IsBackground = true }.Start();
            new Thread(Read){ IsBackground = true }.Start();

            new Thread(() => Write("Thread 1")){ IsBackground = true }.Start();
            new Thread(() => Write("Thread 2")){ IsBackground = true }.Start();

            Sleep(TimeSpan.FromSeconds(30));
        }

        static ReaderWriterLockSlim _rw = new ReaderWriterLockSlim();
        static Dictionary<int, int> _items = new Dictionary<int, int>();

        static void Read()
        {
            WriteLine("Reading contents of a dictionary");
            while (true)
            {
                try
                {
                    _rw.EnterReadLock();
                    foreach (var key in _items.Keys)
                    {
                        Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.1));
                    }
                }
                finally
                {
                    _rw.ExitReadLock();
                }
            }
        }

        static void Write(string threadName)
        {
            while (true)
            {
                try
                {
                    int newKey = new Random().Next(250);
                    _rw.EnterUpgradeableReadLock();
                    if (!_items.ContainsKey(newKey))
                    {
                        try
                        {
                            _rw.EnterWriteLock();
                            _items[newKey] = 1;
                            WriteLine($"New key {newKey} is added to a dictionary by a {threadName}");
                        }
                        finally
                        {
                            _rw.ExitWriteLock();
                        }
                    }
                    Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.1));
                }
                finally
                {
                    _rw.ExitUpgradeableReadLock();
                }
            }
        }

·使用SpinWait类

本节将描述如何不使用内核模型的方式来使线程等待。另外，我们介绍了SpinWait，它是一个混合同步构造，被设计为使用用户模式等待一段时间，然后切换到内核模式以节省CPU时间。

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第三章 使用线程池

在线程池中调用委托

向线程池中放入异步操作

    ThreadPool.QueueUserWorkItem( _ =>
            {
                WriteLine($"Operation state: {x + y}, {lambdaState}");
                WriteLine($"Worker thread id: {CurrentThread.ManagedThreadId}");
                Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            }, "lambda state");

线程池与并行度

实现一个取消按钮

在线程池中使用等待事件处理器及超时

使用计时器

使用backgroundwork组件

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第四章  使用任务并行库

创建任务

Task.Run(() => TaskMethod("Task 3"));

使用任务执行基本的操作

组合任务

    firstTask = new Task<int>(() =>
            {
                var innerTask = Task.Factory.StartNew(() => TaskMethod("Second Task", 5),
                    TaskCreationOptions.AttachedToParent);

                innerTask.ContinueWith(t => TaskMethod("Third Task", 2),
                    TaskContinuationOptions.AttachedToParent);

                return TaskMethod("First Task", 2);
            });

将APM模式转换成任务

    Task<string> task = Task<string>.Factory.FromAsync(
                d.BeginInvoke("AsyncTaskThread", Callback, 
                "a delegate asynchronous call"), d.EndInvoke);

将EAP模式转化成任务

    var tcs = new TaskCompletionSource<int>();

            var worker = new BackgroundWorker();
            worker.DoWork += (sender, eventArgs) =>
            {
                eventArgs.Result = TaskMethod("Background worker", 5);
            };

            worker.RunWorkerCompleted += (sender, eventArgs) =>
            {
                if (eventArgs.Error != null)
                {
                    tcs.SetException(eventArgs.Error);
                }
                else if (eventArgs.Cancelled)
                {
                    tcs.SetCanceled();
                }
                else
                {
                    tcs.SetResult((int)eventArgs.Result);
                }
            };

            worker.RunWorkerAsync();

            int result = tcs.Task.Result;

            WriteLine($"Result is: {result}");

实现取消选项

   var cts = new CancellationTokenSource();
            var longTask = new Task<int>(() => TaskMethod("Task 1", 10, cts.Token), cts.Token);

处理任务中的异常

  task = Task.Run(() => TaskMethod("Task 2", 2));
                int result = task.GetAwaiter().GetResult();
                WriteLine($"Result: {result}");

    var t1 = new Task<int>(() => TaskMethod("Task 3", 3));
            var t2 = new Task<int>(() => TaskMethod("Task 4", 2));
            var complexTask = Task.WhenAll(t1, t2);

并行运行任务

var whenAllTask = Task.WhenAll(firstTask, secondTask);
var completedTask = Task.WhenAny(tasks).Result;

使用TaskScheduler配置任务的执行

    void ButtonAsyncOK_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            ContentTextBlock.Text = string.Empty;
            Mouse.OverrideCursor = Cursors.Wait;
            Task<string> task = TaskMethod(TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext());

            task.ContinueWith(t => Mouse.OverrideCursor = null,
                CancellationToken.None,
                TaskContinuationOptions.None,
                TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext());
        }

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第五章 使用c#6.0

使用await操作符获取异步任务结果

在lambda表达式中使用await操作符

    static async Task AsynchronousProcessing()
        {
            Func<string, Task<string>> asyncLambda = async name => {
                await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(2));
                return
                    $"Task {name} is running on a thread id {CurrentThread.ManagedThreadId}." +
                    $" Is thread pool thread: {CurrentThread.IsThreadPoolThread}";
            };

            string result = await asyncLambda("async lambda");

            WriteLine(result);
        }

对连续的异步任务使用await操作符

对并行执行的异步任务使用await操作符

static async Task AsynchronousProcessing()
        {
            Task<string> t1 = GetInfoAsync("Task 1", 3);
            Task<string> t2 = GetInfoAsync("Task 2", 5);

            string[] results = await Task.WhenAll(t1, t2);
            foreach (string result in results)
            {
                WriteLine(result);
            }
        }

        static async Task<string> GetInfoAsync(string name, int seconds)
        {
            await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(seconds));//使用同一线程
            //await Task.Run(() => Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)));//使用不同线程
            return
                $"Task {name} is running on a thread id {CurrentThread.ManagedThreadId}." +
            

处理异步操作中的异常

避免使用捕获的同步上下文

static async Task TestNoContext()
        {
            const int iterationsNumber = 100000;
            var sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            for (int i = 0; i < iterationsNumber; i++)
            {
                var t = Task.Run(() => { });
                await t.ConfigureAwait(
                    continueOnCapturedContext: false);
            }
            sw.Stop();
            return sw.Elapsed;
        }

使用 async void方法

设计一个自定义的awaitable类型

对动态类型使用await

            IAwaiter<string> proxy = Impromptu.ActLike(awaiter);

            result.GetAwaiter = (Func<dynamic>) ( () => proxy );

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第六章 使用并发集合

使用concurrentDictionary

使用concurrentQueue实现一步处理

改变concurrentStack异步处理顺序

使用concurrentBag创建一个可扩展的爬虫

使用concurrentCollection进行异步处理

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第七章 使用PLINQ

使用Parallel类

Parallel.Invoke(
                () => EmulateProcessing("Task1"),
                () => EmulateProcessing("Task2"),
                () => EmulateProcessing("Task3")
            );

并行化Linq查询

    parallelQuery = from t in GetTypes().AsParallel()
                            select EmulateProcessing(t);

    parallelQuery.ForAll(PrintInfo);

调整plinq查询的参数

try
            {
                parallelQuery
                    .WithDegreeOfParallelism(Environment.ProcessorCount)
                    .WithExecutionMode(ParallelExecutionMode.ForceParallelism)
                    .WithMergeOptions(ParallelMergeOptions.Default)
                    .WithCancellation(cts.Token)
                    .ForAll(WriteLine);
            }

处理plinq查询中的异常

    try
            {
                parallelQuery.ForAll(WriteLine);
            }
            catch (DivideByZeroException)
            {
                WriteLine("Divided by zero - usual exception handler!");
            }
            catch (AggregateException e)
            {
                e.Flatten().Handle(ex =>
                {
                    if (ex is DivideByZeroException)
                    {
                        WriteLine("Divided by zero - aggregate exception handler!");
                        return true;
                    }
                    
                    return false;
                });
            }

管理plinq查询中的数据分区

    public class StringPartitioner : Partitioner<string>
        {
            private readonly IEnumerable<string> _data;

            public StringPartitioner(IEnumerable<string> data)
            {
                _data = data;
            }

            public override bool SupportsDynamicPartitions => false;

            public override IListstring>> GetPartitions(int partitionCount)
            {
                var result = new Liststring>>(partitionCount);

                for (int i = 1; i <= partitionCount; i++)
                {
                    result.Add(CreateEnumerator(i, partitionCount));
                }

                return result;
            }

            IEnumerator<string> CreateEnumerator(int partitionNumber, int partitionCount)
            {
                int evenPartitions = partitionCount / 2;
                bool isEven = partitionNumber % 2 == 0;
                int step = isEven ? evenPartitions : partitionCount - evenPartitions;
                int startIndex = partitionNumber / 2 + partitionNumber % 2;

                var q = _data
                        .Where(v => !(v.Length % 2 == 0 ^ isEven) || partitionCount == 1)
                        .Skip(startIndex - 1);

                return q
                        .Where((x, i) => i % step == 0)
                        .GetEnumerator();

            }
        }

为plinq查询创建一个自定义的聚合器

    var parallelAggregator = parallelQuery.Aggregate(
                () => new ConcurrentDictionary<char, int>(),
                (taskTotal, item) => AccumulateLettersInformation(taskTotal, item), 
                (total, taskTotal) => MergeAccumulators(total, taskTotal),
                total => total);

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第八章 RE

将普通集合转换为异步的可观察集合

        o = EnumerableEventSequence().ToObservable()
                .SubscribeOn(TaskPoolScheduler.Default);

编写自定义的可观察对象

使用Subject

创建可观察的对象

对可观察的集合使用linq查询

使用RX创建异步操作

第九章 使用异步I/O

异步使用文件

   using (var stream = File.Create("test3.txt", BUFFER_SIZE, FileOptions.Asynchronous))
            using (var sw = new StreamWriter(stream))
            {
                WriteLine($"3. Uses I/O Threads: {stream.IsAsync}");
                await sw.WriteAsync(CreateFileContent());
            }

编写一个异步的http服务端和客户端

    public async Task Start()
            {
                _listener.Start();

                while (true)
                {
                    var ctx = await _listener.GetContextAsync();
                    WriteLine("Client connected...");
                    var response = string.Format(RESPONSE_TEMPLATE, DateTime.Now);

                    using (var sw = new StreamWriter(ctx.Response.OutputStream))
                    {
                        await sw.WriteAsync(response);
                        await sw.FlushAsync();
                    }
                }
            }

异步操作数据库

await connection.OpenAsync();
await detachCommand.ExecuteNonQueryAsync();

异步调用wcf服务

第十章 并行编程模式

实现惰性求值的共享状态

    class BCLThreadSafeFactory : IHasValue
        {
            private ValueToAccess _value;

            public ValueToAccess Value => 
                LazyInitializer.EnsureInitialized(ref _value, Compute);
        }

  class LazyWrapper : IHasValue
        {
            private readonly Lazy _value;

            public LazyWrapper(Lazy value )
            {
                _value = value;
            }

            public ValueToAccess Value => _value.Value;
        }

使用blockingcollection实现并行管道

使用tpl数据流实现并行管道

使用plinq实现map/reduce模式

第十一章 更多信息