《软件开发性能优化系列》之多线程

1、 线程同步

      线程同步是编写多线程程序需要首先考虑问题。C#为同步提供了 Monitor、Mutex、AutoResetEvent 和 ManualResetEvent 对象来分别包装 Win32 的临界区、互斥对象和事件对象这几种基础的同步机制。C#还提供了一个lock语句，方便使用，编译器会自动生成适当的 Monitor.Enter 和 Monitor.Exit 调用。

a)、同步粒度

 

      同步粒度可以是整个方法，也可以是方法中某一段代码。为方法指定 MethodImplOptions.Synchronized 属性将标记对整个方法同步。例如：

[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)] 
public static SerialManager GetInstance() 
{ 
   if (instance == null ) 
   { 
       instance = new SerialManager(); 
   } 
   return instance; 
}

 

      通常情况下，应减小同步的范围，使系统获得更好的性能。简单将整个方法标记为同步不是一个好主意，除非能确定方法中的每个代码都需要受同步保护。

b)、同步策略

       使用 lock 进行同步，同步对象可以选择 Type、this 或为同步目的专门构造的成员变量。
      避免锁定Type
      锁定Type对象会影响同一进程中所有AppDomain该类型的所有实例，这不仅可能导致严重的性能问题，还可能导致一些无法预期的行为。这是一个很不好的习惯。即便对于一个只包含static方法的类型，也应额外构造一个static的成员变量，让此成员变量作为锁定对象。
避免锁定 this
      锁定 this 会影响该实例的所有方法。假设对象 obj 有 A 和 B 两个方法，其中 A 方法使用 lock(this) 对方法中的某段代码设置同步保护。现在，因为某种原因，B 方法也开始使用 lock(this) 来设置同步保护了，并且可能为了完全不同的目的。这样，A 方法就被干扰了，其行为可能无法预知。所以，作为一种良好的习惯，建议避免使用 lock(this) 这种方式。
      使用为同步目的专门构造的成员变量
      这是推荐的做法。方式就是 new 一个 object 对象， 该对象仅仅用于同步目的。
      如果有多个方法都需要同步，并且有不同的目的，那么就可以为些分别建立几个同步成员变量。

c)、 集合同步

      C#为各种集合类型提供了两种方便的同步机制：Synchronized 包装器和 SyncRoot 属性。

    // Creates and initializes a new ArrayList 
    ArrayList myAL = new ArrayList(); 
    myAL.Add( " The " ); 
    myAL.Add( " quick " ); 
    myAL.Add( " brown " ); 
    myAL.Add( " fox " );

    // Creates a synchronized wrapper around the ArrayList 
    ArrayList mySyncdAL = ArrayList.Synchronized(myAL); 

 

      调用 Synchronized 方法会返回一个可保证所有操作都是线程安全的相同集合对象。考虑 mySyncdAL[0] = mySyncdAL[0] + "test" 这一语句，读和写一共要用到两个锁。一般讲，效率不高。推荐使用 SyncRoot 属性，可以做比较精细的控制。

2、 使用 ThreadStatic 替代 NameDataSlot

 

     存取 NameDataSlot 的 Thread.GetData 和 Thread.SetData 方法需要线程同步，涉及两个锁：一个是 LocalDataStore.SetData 方法需要在 AppDomain 一级加锁，另一个是 ThreadNative.GetDomainLocalStore 方法需要在 Process 一级加锁。如果一些底层的基础服务使用了 NameDataSlot，将导致系统出现严重的伸缩性问题。
     规避这个问题的方法是使用 ThreadStatic 变量。示例如下：

public sealed class InvokeContext 
{ 
    [ThreadStatic] 
    private static InvokeContext current; 
    private Hashtable maps = new Hashtable(); 
} 

 

3、多线程编程技巧

     使用 Double Check 技术创建对象

internal IDictionary KeyTable 
{ 
   get 
   { 
      if ( this ._keyTable == null ) 
      { 
         lock ( base ._lock) 
         { 
             if ( this ._keyTable == null ) 
             { 
                 this ._keyTable = new Hashtable(); 
             } 
         } 
      } 
      return this ._keyTable; 
    } 
} 

 

      创建单例对象是很常见的一种编程情况。一般在 lock 语句后就会直接创建对象了，但这不够安全。因为在 lock 锁定对象之前，可能已经有多个线程进入到了第一个 if 语句中。如果不加第二个 if 语句，则单例对象会被重复创建，新的实例替代掉旧的实例。如果单例对象中已有数据不允许被破坏或者别的什么原因，则应考虑使用 Double Check 技术。