C# 4.0 полное руководство - 2011 - Герберт Шилдт
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Console.WriteLine("{0:D}", d);
Console.WriteLine("{0:X}", d) ;
Status s = Status.Ready | Status.TransmitOK;
Console.WriteLine("{0:G}", s);
Console.WriteLine("{0:F}", s);
Console.WriteLine("{0:D}", s);
Console.WriteLine("{0:X}", s);
}
}
Ниже приведен результат выполнения этой программы.
West
West
3
00000003
Ready, TransmitOK Ready, TransmitOK 9
ГЛАВА 23 Многопоточное программирование. Часть первая: основы
Среди многих замечательных свойств языка C# особое место принадлежит поддержке многопоточного программирования. Многопоточная программа состоит из двух или более частей, выполняемых параллельно. Каждая часть такой программы называется потоком и определяет отдельный путь выполнения команд. Таким образом, многопоточная обработка является особой формой многозадачности.
Многопоточное программирование опирается на целый ряд средств, предусмотренных для этой цели в самом языке С#, а также на классы, определенные в среде .NET Framework. Благодаря встроенной в C# поддержке многопоточной обработки сводятся к минимуму или вообще устраняются многие трудности, связанные с организацией многопоточной обработки в других языках программирования. Как станет ясно из дальнейшего, поддержка в C# многопоточной обработки четко организована и проста для понимания.
С выпуском версии 4.0 в среде .NET Framework появились два важных дополнения, имеющих отношение к многопоточным приложениям. Первым из них является TPL (Task Parallel Library — Библиотека распараллеливания задач), а вторым — PLINQ (Parallel LINQ — Параллельный язык интегрированных запросов). Оба дополнения поддерживают параллельное программирование и позволяют использовать преимущества, предоставляемые многопроцессорными (многоядерными) компьютерами в отношении обработки данных. Кроме того, библиотека TPL упрощает создание многопоточных приложений и управление ими. В силу этого многопоточная обработка, опирающаяся на
TPL, рекомендуется теперь как основной подход к разработке многопоточных приложений. Тем не менее накопленный опыт создания исходной многопоточной подсистемы по-прежнему имеет значение по целому ряду причин. Во-первых, уже существует немалый объем унаследованного кода, в котором применяется первоначальный подход к многопоточной обработке. Если приходится работать с таким кодом или сопровождать его, то нужно знать, как работает исходная многопоточная система. Во-вторых, в коде, опирающемся на TPL, могут по-прежнему использоваться элементы исходной многопоточной системы, и особенно ее средства синхронизации. И в-третьих, несмотря на то что сама библиотека TPL основывается на абстракции, называемой задачей, она по-прежнему неявно опирается на потоки и потоковые средства, описываемые в этой главе. Поэтому для полного усвоения и применения TPL потребуются твердые знания материала, излагаемого в этой главе.
И наконец, следует особо подчеркнуть, что многопоточная обработка представляет собой довольно обширную тему, и поэтому подробное ее изложение выходит за рамки этой книги. В этой и последующей главах представлен лишь беглый обзор данной темы и демонстрируется ряд основополагающих методик. Следовательно, материал этих глав может служить введением в эту важную тему и основанием для дальнейшего ее самостоятельного изучения.
Основы многопоточной обработки
Различают две разновидности многозадачности: на основе процессов и на основе потоков. В связи с этим важно понимать отличия между ними. Процесс фактически представляет собой исполняемую программу. Поэтому многозадачность на основе процессов — это средство, благодаря которому на компьютере могут параллельно выполняться две программы и более. Так, многозадачность на основе процессов позволяет одновременно выполнять программы текстового редактора, электронных таблиц и просмотра содержимого в Интернете. При организации многозадачности на основе процессов программа является наименьшей единицей кода, выполнение которой может координировать планировщик задач.
Поток представляет собой координируемую единицу исполняемого кода. Своим происхождением этот термин обязан понятию "поток исполнения'7. При организации многозадачности на основе потоков у каждого процесса должен быть по крайней мере один поток, хотя их может быть и больше. Это означает, что в одной программе одновременно могут решаться две задачи и больше. Например, текст может форматироваться в редакторе текста одновременно с его выводом на печать, при условии, что оба эти действия выполняются в двух отдельных потоках.
Отличия в многозадачности на основе процессов и потоков могут быть сведены к следующему: многозадачность на основе процессов организуется для параллельного выполнения программ, а многозадачность на основе потоков — для параллельного выполнения отдельных частей одной программы.
Главное преимущество многопоточной обработки заключается в том, что она позволяет писать программы, которые работают очень эффективно благодаря возможности выгодно использовать время простоя, неизбежно возникающее в ходе выполнения большинства программ. Как известно, большинство устройств ввода-вывода, будь то устройства, подключенные к сетевым портам, накопители на дисках или клавиатура, работают намного медленнее, чем центральный процессор (ЦП). Поэтому большую часть своего времени программе приходится ожидать отправки данных на устройство ввода-вывода или приема информации из него. А благодаря многопоточной обработке программа может решать какую-нибудь другую задачу во время вынужденного простоя. Например, в то время как одна часть программы отправляет файл через соединение с Интернетом, другая ее часть может выполнять чтение текстовой информации, вводимой с клавиатуры, а третья — осуществлять буферизацию очередного блока отправляемых данных.
Поток может находиться в одном из нескольких состояний. В целом, поток мол<:ет быть выполняющимся; готовым к выполнению, как только он получит время и ресурсы ЦП; приостановленным, т.е. временно не выполняющимся; возобновленным в дальнейшем; заблокированным в ожидании ресурсов для своего выполнения; а также завершенным, когда его выполнение окончено и не может быть возобновлено.
В среде .NET Framework определены две разновидности потоков: приоритетный и фоновый. По умолчанию создаваемый поток автоматически становится приоритетным, но его можно сделать фоновым. Единственное отличие приоритетных потоков от фоновых заключается в том, что фоновый поток автоматически завершается, если в его процессе остановлены все приоритетные потоки.
В связи с организацией многозадачности на основе потоков возникает потребность в особого рода режиме, который называется синхронизацией и позволяет координировать выполнение потоков вполне определенным образом. Для такой синхронизации в C# предусмотрена отдельная подсистема, основные средства которой рассматриваются в этой главе.
Все процессы состоят хотя бы из одного потока, который обычно называют основным, поскольку именно с него начинается выполнение программы. Следовательно, в основном потоке выполнялись все приведенные ранее примеры программ. Из основного потока можно создать другие потоки.
В языке C# и среде .NET Framework поддерживаются обе разновидности многозадачности: на основе процессов и на основе потоков. Поэтому средствами C# можно создавать как процессы, так и потоки, а также управлять и теми и другими. Для того чтобы начать новый процесс, от программирующего требуется совсем немного усилий, поскольку каждый предыдущий процесс совершенно обособлен от последующего. Намного более важной оказывается поддержка в C# многопоточной обработки, благодаря которой упрощается написание высокопроизводительных, многопоточных программ на C# по сравнению с некоторыми другими языками программирования.
Классы, поддерживающие многопоточное программирование, определены в пространстве имен System. Threading. Поэтому любая многопоточная программа на C# включает в себя следующую строку кода.
using System.Threading;
Класс Thread
Система многопоточной обработки основывается на классе Thread, который инкапсулирует поток исполнения. Класс Thread является герметичным, т.е. он не может наследоваться. В классе Thread определен ряд методов и свойств, предназначенных для управления потоками. На протяжении всей этой главы будут рассмотрены наиболее часто используемые члены данного класса.
