Многопоточность в CLR и C#

Июль 25, 2022

Главная
Информатика
Многопоточность в CLR и C#

Содержание

2. Что такое поток? Поток – это сущность операционной системы, набор инструкций и данных, выполняемый на процессоре.
3. Приоритеты потоков
4. Когда использовать потоки Длительные вычисления в фоновом режиме Изоляция одного кода от другого Распараллеливание интенсивных вычислений
5. Недостатки использования потоков Значительное увеличение сложности программы Повышенный расход ресурсов процессора на создание и переключение между
6. Потоки в C# namespace System.Threading { // Summary: // Creates and controls a thread, sets its
7. Пример создания потока class ThreadTest { static void Main() { Thread t = new Thread(WriteY); t.Start();
8. Основные и фоновые потоки Процесс не будет завёршен, пока хотя бы один его основной поток ещё
9. Разделение данных между потоками class ThreadTest { bool done; static void Main() { ThreadTest tt =
10. Завершение работы потока Поток завершает свою работу при выходе из основного метода. Можно попытаться принудительно завершить
11. Обработка исключений в потоках try { new Thread(Go).Start(); } catch (Exception ex) { // Сюда мы
12. Thread.Abort и Thread.Interrupt Thread.Abort генерирует в потоке исключение ThreadAbortException. Даже если это исключение будет перехвачено, оно
13. Потоковая безопасность Потокобезопасный код – это код, не имеющий никаких неопределенностей при любых сценариях многопоточного исполнения.
14. Недостатки потокобезопасного кода Трудоёмкость написания Производительность (даже если многопоточность реально не используется) Потокобезопасный тип не обязательно
15. Блокировка потока Блокированный поток немедленно перестает получать время CPU, устанавливает свойство ThreadState в WaitSleepJoin и остается
16. Основные средства синхронизации потоков
17. Состояния потока
18. Конструкция lock (Monitor.Enter – Monitor.Exit) class ThreadSafe { static object locker = new object(); static int
19. Блоки синхронизации
20. Использование Mutex // Используем уникальное имя приложения, // например, с добавлением имени компании static Mutex mutex
21. Иерархия WaitHandle System.Threading.WaitHandle System.Threading.EventWaitHandle System.Threading.AutoResetEvent System.Threading.ManualResetEvent System.Threading.Mutex System.Threading.Semaphore
22. Использование EventWaitHandle class BasicWaitHandle { static EventWaitHandle wh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset); static void Main() {
23. AutoResetEvent и ManualResetEvent new AutoResetEvent(false) == new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset) new ManualResetEvent(false) == new EventWaitHandle(false, EventResetMode.ManualReset)
24. Создание межпроцессных EventWaitHandle EventWaitHandle wh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset, "MyCompany.MyApp.SomeName"); Конструктор EventWaitHandle также позволяет создавать именованные
25. Semaphore class SemaphoreTest { static Semaphore s = new Semaphore(3, 3); // Available=3; Capacity=3 static void
26. Вопросы?
27. Список литературы Джеффри Рихтер. CLR via C# (3е издание) Эндрю Троелсен. Язык программирования C# и платформа
28. Задание для работы в аудитории Написать программу, которая в реальном времени будет рисовать на форме узор
30. Скачать презентацию

Слайд 2

Что такое поток?
Поток – это сущность операционной системы,
набор инструкций

и данных, выполняемый на процессоре.
По сути – это виртуальный процессор.

Процесс – набор ресурсов, используемый отдельным
экземпляром приложения.
У каждого процесса есть отдельное виртуальное адресное
пространство и как минимум один поток.

Слайд 3

Приоритеты потоков

Слайд 4

Когда использовать потоки
Длительные вычисления в фоновом режиме
Изоляция одного

кода от другого
Распараллеливание интенсивных вычислений

Слайд 5

Недостатки использования потоков
Значительное увеличение сложности программы
Повышенный расход ресурсов

процессора на создание и переключение между потоками

Слайд 6

Потоки в C#
namespace System.Threading
{
// Summary:
// Creates and controls

a thread, sets its priority, and gets its status.
[ClassInterface(ClassInterfaceType.None)]
[ComDefaultInterface(typeof(_Thread))]
[ComVisible(true)]
public sealed class Thread : CriticalFinalizerObject, _Thread
{
[SecuritySafeCritical]
public Thread(ParameterizedThreadStart start);
[SecuritySafeCritical]
public Thread(ThreadStart start);
…
}
}

Слайд 7

Пример создания потока
class ThreadTest
{
static void Main()
{
Thread

t = new Thread(WriteY);
t.Start(); // Выполнить WriteY в новом потоке
while (true)
Console.Write("x"); // Все время печатать 'x'
}
static void WriteY()
{
while (true)
Console.Write("y"); // Все время печатать 'y'
}
}
Вывод:
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxyyyyyyyyyyyyyyyyx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxyyyy
yyyyyyyyyyyyxxxxy...

Слайд 8

Основные и фоновые потоки
Процесс не будет завёршен, пока хотя бы

один его основной поток ещё исполняется. По умолчанию все создаваемые потоки являются основными.
Фоновые потоки не продлевают жизнь процессу. Они завершаются автоматически при завершении всех основных потоков.
Статус потока переключается с основного на фоновый при помощи свойства IsBackground класса Thread.

Слайд 9

Разделение данных между потоками
class ThreadTest
{
bool done;
static void Main()

{
ThreadTest tt = new ThreadTest(); // Создаем общий объект
new Thread(tt.Go).Start();
tt.Go();
}
void Go()
{
if (!done) { done = true; Console.WriteLine("Done"); }
}
}
Так как оба потока вызывают метод Go() одного и того же экземпляра ThreadTest,
они разделяют поле done.
Результат – “Done”, напечатанное один раз вместо двух.

Слайд 10

Завершение работы потока
Поток завершает свою работу при выходе из основного

метода. Можно попытаться принудительно завершить поток с помощью метода Abort(). Ожидать завершения другого потока можно с помощью метода Join().

Thread t = new Thread(Go);
t.Start();
// doing stuff...
t.Abort();
t.Join(); // Ожидаем завершения потока

Слайд 11

Обработка исключений в потоках
try
{
new Thread(Go).Start();
}
catch (Exception ex)
{
// Сюда

мы никогда не попадем!
Console.WriteLine("Исключение!");
}

Начиная с .NET 2.0 необработанное исключение в любом потоке приводит к закрытию всего приложения.
Мораль – обрабатывать исключения необходимо в самом методе потока.

Слайд 12

Thread.Abort и Thread.Interrupt
Thread.Abort генерирует в потоке исключение ThreadAbortException. Даже если

это исключение будет перехвачено, оно будет сгенерировано снова в конце блока catch. Повторную генерацию этого исключения можно предотвратить путём вызова Thread.ResetAbort.
Вызов Interrupt для блокированного потока принудительно освобождает его с генерацией ThreadInterruptedException. Если Interrupt вызывается для неблокированного потока, поток продолжает своё исполнение до точки следующей блокировки, где и генерируется исключение.

Слайд 13

Потоковая безопасность
Потокобезопасный код – это код, не имеющий никаких неопределенностей

при любых сценариях многопоточного исполнения.
Потокобезопасность достигается прежде всего блокировками и сокращением возможностей взаимодействия между потоками.
Метод, который является потокобезопасным при любых сценариях, называется реентерабельным.

Слайд 14

Недостатки потокобезопасного кода
Трудоёмкость написания
Производительность (даже если многопоточность реально

не используется)
Потокобезопасный тип не обязательно делает саму программу потокобезопасной

Слайд 15

Блокировка потока
Блокированный поток немедленно перестает получать время CPU, устанавливает свойство

ThreadState в WaitSleepJoin и остается в таком состоянии, пока не разблокируется.
Разблокировка может произойти в следующих случаях:

выполнится условие разблокировки;
истечёт таймаут операции (если он был задан);
по прерыванию через Thread.Interrupt;
по аварийному завершению через Thread.Abort.

Слайд 16

Основные средства синхронизации потоков

Слайд 17

Состояния потока

Слайд 18

Конструкция lock (Monitor.Enter – Monitor.Exit)
class ThreadSafe
{
static object locker =

new object();
static int val1, val2;
static void Go()
{
lock (locker)
{
if (val2 != 0)
Console.WriteLine(val1 / val2);
val2 = 0;
}
}
}

class ThreadSafe
{
static object locker = new object();
static int val1, val2;
static void Go()
{
Boolean lockTaken = false;
object obj = (System.Object)locker;
try
{
Monitor.Enter(obj, ref lockTaken);
if (val2 != 0)
Console.WriteLine(val1 / val2);
val2 = 0;
}
finally
{
if (lockTaken) Monitor.Exit(obj);
}
}
}

Слайд 19

Блоки синхронизации

Слайд 20

Использование Mutex
// Используем уникальное имя приложения,
// например, с

добавлением имени компании
static Mutex mutex = new Mutex(false, "MERA.NN TestConsoleApplication");
static void Main()
{
// Ожидаем получения мьютекса 5 сек - если уже есть запущенный
// экземпляр приложения - завершаемся.
if(!mutex.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(5)))
{
Console.WriteLine("В системе запущен другой экземпляр программы!");
return;
}
try
{
Console.WriteLine("Работаем - нажмите Enter для выхода...");
Console.ReadLine();
}
finally { mutex.ReleaseMutex(); }
}

Слайд 21

Иерархия WaitHandle
System.Threading.WaitHandle
System.Threading.EventWaitHandle
System.Threading.AutoResetEvent
System.Threading.ManualResetEvent
System.Threading.Mutex
System.Threading.Semaphore

Слайд 22

Использование EventWaitHandle
class BasicWaitHandle
{
static EventWaitHandle wh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset);

static void Main()
{
new Thread(Waiter).Start();
Thread.Sleep(1000); // Подождать некоторое время...
wh.Set(); // OK – можно разбудить
}
static void Waiter()
{
Console.WriteLine("Ожидание...");
wh.WaitOne(); // Ожидать сигнала
Console.WriteLine("Получили сигнал");
}
}

Слайд 23

AutoResetEvent и ManualResetEvent
new AutoResetEvent(false) ==
new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset)
new ManualResetEvent(false) ==
new

EventWaitHandle(false, EventResetMode.ManualReset)

Слайд 24

Создание межпроцессных EventWaitHandle
EventWaitHandle wh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset,
"MyCompany.MyApp.SomeName");
Конструктор EventWaitHandle

также позволяет создавать именованные EventWaitHandle, способные действовать через границы процессов.
Если задаваемое имя уже используется на компьютере, возвращается ссылка на существующий EventWaitHandle, в противном случае операционная система создает новый.

Слайд 25

Semaphore
class SemaphoreTest
{
static Semaphore s = new Semaphore(3, 3); //

Available=3; Capacity=3
static void Main()
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
new Thread(Go).Start();
}
static void Go()
{
while (true)
{
s.WaitOne();
// Только 3 потока могут находиться здесь одновременно
Thread.Sleep(100);
s.Release();
}
}
}

Слайд 26

Вопросы?

Слайд 27

Список литературы
Джеффри Рихтер. CLR via C# (3е издание)
Эндрю Троелсен. Язык

программирования C# и платформа .NET 4.5
RSDN Magazine. Работа с потоками в C#, часть 1.
http://rsdn.ru/article/dotnet/CSThreading1.xml
Хабрахабр. Процессы и потоки in-depth. Обзор различных потоковых моделей. http://habrahabr.ru/post/40227/

Слайд 28

Задание для работы в аудитории
Написать программу, которая в реальном времени

будет рисовать на форме узор из разноцветных окружностей.
Для этого создать несколько потоков, которые и будут отвечать за отрисовку, каждый своим цветом.
Позиции окружностей выбирать рандомно.
Сделать возможность ставить отрисовку на паузу, и возможность продолжения рисовки.
По желанию сделать возможность прямо в программе выбирать количество потоков и цвета для каждого из них.

Многопоточность в CLR и C#

Содержание

Что такое поток?Поток – это сущность операционной системы, набор инструкций

Приоритеты потоков

Когда использовать потоки Длительные вычисления в фоновом режиме Изоляция одного

Недостатки использования потоков Значительное увеличение сложности программы Повышенный расход ресурсов

Потоки в C#namespace System.Threading{ // Summary: // Creates and controls

Пример создания потокаclass ThreadTest { static void Main() { Thread

Основные и фоновые потокиПроцесс не будет завёршен, пока хотя бы

Разделение данных между потокамиclass ThreadTest{ bool done; static void Main()

Завершение работы потокаПоток завершает свою работу при выходе из основного

Обработка исключений в потокахtry{ new Thread(Go).Start();}catch (Exception ex){ // Сюда

Thread.Abort и Thread.InterruptThread.Abort генерирует в потоке исключение ThreadAbortException. Даже если

Потоковая безопасностьПотокобезопасный код – это код, не имеющий никаких неопределенностей

Недостатки потокобезопасного кода Трудоёмкость написания Производительность (даже если многопоточность реально

Блокировка потокаБлокированный поток немедленно перестает получать время CPU, устанавливает свойство