多线程编程的好处的程序有什么好处

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&&&在什么情况下使用线程池?&
&&& 1.单个任务处理的时间比较短&
&&& 2.将需处理的任务的数量大&
&&&&使用线程池的好处:&
&&& 1.减少在创建和销毁线程上所花的时间以及系统资源的开销&
&&& 2.如不使用线程池,有可能造成系统创建大量线程而导致消耗完系统内存以及”过度切换”。
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我个人比较喜欢线程,因为线程可以同时并发处理多个请求,于是乎我在编写线程的总是以如下方式启动:
没有错吗,是不是很爽,如果有多少个请求,就产生多少个线程,请像在门口待客的接待员一样,让每个客人都马上得到处理,程序绝对正确,你不信到其它地方搜索一下,启动和调用都是正确的。
可是这样的编写方式,绝对只适合小量访问的环境中,并且要保证不会有大量的并发发生才可以勉强这样写,我做过试验,如果是50个并发,还勉强可以接受,如果有1000个,也许就要丢掉一大半了,我做过如下试验:
并发50,循环100次,就有一大群线程,因为缺少资源等等原因活不过来,偶尔能够全部活过来(在金融系统中千万不能够有这样的问题,少一个0就值多少钱,我一辈子的工资都不够)。
要保证全部存活,就要让多出来的线程等等,有资源的时候也处理,没有资源就在外面吹吹风吗,宁愿慢,不可以乱吗。这个时候就必须要用到线程池了,线程池是个什么样的概念,我这里简而言之,具体的请上网去查相关的概念。
线程池,就是在调用线程的时候初使化一定数量的线程,有线程过来的时候,先检测初使化的线程还有空的没有,没有就再看当前运行中的线程数是不是已经达到了最大数,如果没有,就新分配一个线程去处理,就像餐馆中吃饭一样,从里面叫一个服务员出来;但如果已经达到了最大数,就相当于服务员已经用于了,那没得办法,另外的线程就只有等了,直到有新的“服务员”为止。线程池的优点就是可以管理线程,有一个高度中枢,这样程序才不会乱,保证系统不会因为大量的并发而因为资源不足挂掉。这个时候既然知道了线程池的优点,那么我们启动线程的时候就要换一种方式了:
可以看出这里的启动和上面没有多大的差别,这样写还更简洁,只是需要初使化一些必须的参数而已。
参考文章:
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多线程的优点和代价
多线程的优点和代价
Simon-SZ编译
尽管面临很多挑战,多线程有一些优点使得它一直被使用。
尽管面临很多挑战,多线程有一些优点使得它一直被使用。这些优点是:
资源利用率更好
程序设计在某些情况下更简单
程序响应更快
资源利用率更好
想象一下,一个应用程序需要从本地文件系统中读取和处理文件的情景。比方说,从磁盘读取一个文件需要5秒,处理一个文件需要2秒。处理两个文件则需要:
5秒读取文件A
2秒处理文件A
5秒读取文件B
2秒处理文件B
---------------------
总共需要14秒
从磁盘中读取文件的时候,大部分的CPU时间用于等待磁盘去读取数据。在这段时间里,CPU非常的空闲。它可以做一些别的事情。通过改变操作的顺序,就能够更好的使用CPU资源。看下面的顺序:
5秒读取文件A
5秒读取文件B + 2秒处理文件A
2秒处理文件B
---------------------
总共需要12秒
CPU等待第一个文件被读取完。然后开始读取第二个文件。当第二文件在被读取的时候,CPU会去处理第一个文件。记住,在等待磁盘读取文件的时候,CPU大部分时间是空闲的。
总的说来,CPU能够在等待IO的时候做一些其他的事情。这个不一定就是磁盘IO。它也可以是网络的IO,或者用户输入。通常情况下,网络和磁盘的IO比CPU和内存的IO慢的多。
程序设计更简单
在单线程应用程序中,如果你想编写程序手动处理上面所提到的读取和处理的顺序,你必须记录每个文件读取和处理的状态。相反,你可以启动两个线程,每 个线程处理一个文件的读取和操作。线程会在等待磁盘读取文件的过程中被阻塞。在等待的时候,其他的线程能够使用CPU去处理已经读取完的文件。其结果就 是,磁盘总是在繁忙地读取不同的文件到内存中。这会带来磁盘和CPU利用率的提升。而且每个线程只需要记录一个文件,因此这种方式也很容易编程实现。
程序响应更快
将一个单线程应用程序变成多线程应用程序的另一个常见的目的是实现一个响应更快的应用程序。设想一个服务器应用,它在某一个端口监听进来的请求。当一个请求到来时,它去处理这个请求,然后再返回去监听。
服务器的流程如下所述:
while(server&is&active){&&&&&listen&for&request&&&&&process&request&}&
如果一个请求需要占用大量的时间来处理,在这段时间内新的客户端就无法发送请求给服务端。只有服务器在监听的时候,请求才能被接收。另一种设计是,监听线 程把请求传递给工作者线程(worker
thread),然后立刻返回去监听。而工作者线程则能够处理这个请求并发送一个回复给客户端。这种设计如下所述:
while(server&is&active){&&&&&listen&for&request&&&&&hand&request&to&worker&thread&}&
这种方式,服务端线程迅速地返回去监听。因此,更多的客户端能够发送请求给服务端。这个服务也变得响应更快。
桌面应用也是同样如此。如果你点击一个按钮开始运行一个耗时的任务,这个线程既要执行任务又要更新窗口和按钮,那么在任务执行的过程中,这个应用程 序看起来好像没有反应一样。相反,任务可以传递给工作者线程(word
thread)。当工作者线程在繁忙地处理任务的时候,窗口线程可以自由地响应其他用户的请求。当工作者线程完成任务的时候,它发送信号给窗口线程。窗口 线程便可以更新应用程序窗口,并显示任务的结果。对用户而言,这种具有工作者线程设计的程序显得响应速度更快。
从一个单线程的应用到一个多线程的应用并不仅仅带来好处,它也会有一些代价。不要仅仅为了使用多线程而使用多线程。而应该明确在使用多线程时能多来的好处比所付出的代价大的时候,才使用多线程。如果存在疑问,应该尝试测量一下应用程序的性能和响应能力,而不只是猜测。
设计更复杂
虽然有一些多线程应用程序比单线程的应用程序要简单,但其他的一般都更复杂。在多线程访问共享数据的时候,这部分代码需要特别的注意。线程之间的交互往往非常复杂。不正确的线程同步产生的错误非常难以被发现,并且重现以修复。
上下文切换的开销
当CPU从执行一个线程切换到执行另外一个线程的时候,它需要先存储当前线程的本地的数据,程序指针等,然后载入另一个线程的本地数据,程序指针 等,最后才开始执行。这种切换称为&上下文切换&(&context
switch&)。CPU会在一个上下文中执行一个线程,然后切换到另外一个上下文中执行另外一个线程。
上下文切换并不廉价。如果没有必要,应该减少上下文切换的发生。
增加资源消耗
线程在运行的时候需要从计算机里面得到一些资源。除了CPU,线程还需要一些内存来维持它本地的堆栈。它也需要占用操作系统中一些资源来管理线程。 我们可以尝试编写一个程序,让它创建100个线程,这些线程什么事情都不做,只是在等待,然后看看这个程序在运行的时候占用了多少内存。
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在Linux下编程多用多进程编程少用多线程编程。
&&&&&&&& IBM有个家伙做了个测试,发现切换线程context的时候,windows比linux快一倍多。进出最快的锁(windows2k的 critical section和linux的pthread_mutex),windows比linux的要快五倍左右。当然这并不是说linux不好,而且在经过实际编程之后,综合来看我觉得linux更适合做high performance server,不过在多线程这个具体的领域内,linux还是稍逊windows一点。这应该是情有可原的,毕竟unix家族都是从多进程过来的,而 windows从头就是多线程的。
如果是UNIX/linux环境,采用多线程没必要。
多线程比多进程性能高?误导!
应该说,多线程比多进程成本低,但性能更低。
在UNIX环境,多进程调度开销比多线程调度开销,没有显著区别,就是说,UNIX进程调度效率是很高的。内存消耗方面,二者只差全局数据区,现在内存都很便宜,服务器内存动辄若干G,根本不是问题。
多进程是立体交通系统,虽然造价高,上坡下坡多耗点油,但是不堵车。
多线程是平面交通系统,造价低,但红绿灯太多,老堵车。
我们现在都开跑车,油(主频)有的是,不怕上坡下坡,就怕堵车。
高性能交易服务器中间件,如TUXEDO,都是主张多进程的。实际测试表明,TUXEDO性能和并发效率是非常高的。TUXEDO是贝尔实验室的,与UNIX同宗,应该是对UNIX理解最为深刻的,他们的意见应该具有很大的参考意义。
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多线程的优点:
无需跨进程边界; 程序逻辑和控制方式简单; 所有线程可以直接共享内存和变量等; 线程方式消耗的总资源比进程方式好; 多线程缺点:
每个线程与主程序共用地址空间,受限于2GB地址空间; 线程之间的同步和加锁控制比较麻烦; 一个线程的崩溃可能影响到整个程序的稳定性; 到达一定的线程数程度后,即使再增加CPU也无法提高性能,例如Windows Server 2003,大约是1500个左右的线程数就快到极限了(线程堆栈设定为1M),如果设定线程堆栈为2M,还达不到1500个线程总数; 线程能够提高的总性能有限,而且线程多了之后,线程本身的调度也是一个麻烦事儿,需要消耗较多的CPU
多进程优点:
每个进程互相独立,不影响主程序的稳定性,子进程崩溃没关系; 通过增加CPU,就可以容易扩充性能; 可以尽量减少线程加锁/解锁的影响,极大提高性能,就算是线程运行的模块算法效率低也没关系; 每个子进程都有2GB地址空间和相关资源,总体能够达到的性能上限非常大 多线程缺点:
逻辑控制复杂,需要和主程序交互; 需要跨进程边界,如果有大数据量传送,就不太好,适合小数据量传送、密集运算 多进程调度开销比较大; 最好是多进程和多线程结合,即根据实际的需要,每个CPU开启一个子进程,这个子进程开启多线程可以为若干同类型的数据进行处理。当然你也可以利用多线程+多CPU+轮询方式来解决问题&&
方法和手段是多样的,关键是自己看起来实现方便有能够满足要求,代价也合适。
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进程的优点:
1)顺序程序的特点:具有封闭性和可再现性;
2)程序的并发执行和资源共享。多道程序设计出现后,实现了程序的并发执行和资源共享,提高了系统的效率和系统的资源利用率。 进程的缺点:
操作系统调度切换多个线程要比切换调度进程在速度上快的多。而且进程间内存无法共享,通讯也比较麻烦。
线程之间由于共享进程内存空间,所以交换数据非常方便;在创建或撤消进程时,由于系统都要为之分配和回收资源,导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。 &&&
线程的优点:
1)它是一种非常"节俭"的多任务操作方式。在Linux系统下,启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这是一种"昂贵"的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程,它们彼此之间使用相同的地址空间,共享大部分数据,启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间,而且,线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。当然,在具体的系统上,这个数据可能会有较大的区别;
2)线程间方便的通信机制,由于同一进程下的线程之间共享数据空间,所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用,这不仅快捷,而且方便;
3)使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时,不同的线程运行于不同的CPU上;
4)改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程,成为几个独立或半独立的运行部分,这样的程序会利于理解和修改。 线程的缺点: 1.调度时, 要保存线程状态,频繁调度, 需要占用大量的机时; 2.程序设计上容易出错(线程同步问题)。
阅读(...) 评论()浅谈线程池:独立线程池的作用及IO线程池_软件学园_科技时代_新浪网
浅谈线程池:独立线程池的作用及IO线程池
Web Services
.NET Framework
 【IT168技术文档】在上一篇文章中,我们简单讨论了线程池的作用,以及CLR线程池的一些特性。不过关于线程池的基本概念还没有结束,这次我们再来补充一些必要的信息,有助于我们在程序中选择合适的使用方式。 独立线程池 上次我们讨论到,在一个.NET应用程序中会有一个CLR线程池,可以使用ThreadPool类中的静态方法来使用这个线程池。我们只要使用QueueUserWorkItem方法向线程池中添加任务,线程池就会负责在合适的时候执行它们。我们还讨论了CLR线程池的一些高级特性,例如对线程的最大和最小数量作限制,对线程创建时间作限制以避免突发的大量任务消耗太多资源等等。 那么.NET提供的线程池又有什么缺点呢?有些朋友说,一个重要的缺点就是功能太简单,例如只有一个队列,没法做到对多个队列作轮询,无法取消任务,无法设定任务优先级,无法限制任务执行速度等等。不过其实这些简单的功能,倒都可以通过在CLR线程池上增加一层(或者说,通过封装CLR线程池)来实现。例如,您可以让放入CLR线程池中的任务,在执行时从几个自定义任务队列中挑选一个运行,这样便达到了对多个队列作轮询的效果。因此,在我看来,CLR线程池的主要缺点并不在此。 我认为,CLR线程池的主要问题在于&大一统&,也就是说,整个进程内部几乎所有的任务都会依赖这个线程池。如前篇文章所说的那样,如Timer和WaitForSingleObject,还有委托的异步调用,.NET框架中的许多功能都依赖这个线程池。这个做法是合适的,但是由于开发人员对于统一的线程池无法做到精确控制,因此在一些特别的需要就无法满足了。举个最常见例子:控制运算能力。什么是运算能力?那么还是从线程讲起吧1。 我们在一个程序中创建一个线程,安排给它一个任务,便交由操作系统来调度执行。操作系统会管理系统中所有的线程,并且使用一定的方式进行调度。什么是&调度&?调度便是控制线程的状态:执行,等待等等。我们都知道,从理论上来说有多少个处理单元(如2 * 2 CPU的机器便有4个处理单元),就表示操作系统可以同时做几件事情。但是线程的数量会远远超过处理单元的数量,因此操作系统为了保证每个线程都被执行,就必须等一个线程在某个处理器上执行到某个情况的时候,&换&一个新的线程来执行,这便是所谓的&上下文切换(context switch)&。至于造成上下文切换的原因也有多种,可能是某个线程的逻辑决定的,如遇上锁,或主动进入休眠状态(调用Thread.Sleep方法),但更有可能是操作系统发现这个线程&超时&了。在操作系统中会定义一个&时间片(timeslice)&2,当发现一个线程执行时间超过这个时间,便会把它撤下,换上另外一个。这样看起来,多个线程&&也就是多个任务在同时运行了。 值得一提的是,对于Windows操作系统来说,它的调度单元是线程,这和线程究竟属于哪个进程并没有关系。举个例子,如果系统中只有两个进程,进程A有5个线程,而进程B有10个线程。在排除其他因素的情况下,进程B占有运算单元的时间便是进程A的两倍。当然,实际情况自然不会那么简单。例如不同进程会有不同的优先级,线程相对于自己所属的进程还会有个优先级;如果一个线程在许久没有执行的时候,或者这个线程刚从&锁&的等待中恢复,操作系统还会对这个线程的优先级作临时的提升&&这一切都是牵涉到程序的运行状态,性能等情况的因素,有机会我们在做展开。 现在您意识到线程数量意味着什么了没?没错,就是我们刚才提到的&运算能力&。很多时候我们可以简单的认为,在同样的环境下,一个任务使用的线程数量越多,它所获得的运算能力就比另一个线程数量较少的任务要来得多。运算能力自然就涉及到任务执行的快慢。您可以设想一下,有一个生产任务,和一个消费任务,它们使用一个队列做临时存储。在理想情况下,生产和消费的速度应该保持相同,这样可以带来最好的吞吐量。如果生产任务执行较快,则队列中便会产生堆积,反之消费任务就会不断等待,吞吐量也会下降。因此,在实现的时候,我们往往会为生产任务和消费任务分别指派独立的线程池,并且通过增加或减少线程池内线程数量来条件运算能力,使生产和消费的步调达到平衡。 使用独立的线程池来控制运算能力的做法很常见,一个典型的案例便是SEDA架构:整个架构由多个Stage连接而成,每个Stage均由一个队列和一个独立的线程池组成,调节器会根据队列中任务的数量来调节线程池内的线程数量,最终使应用程序获得优异的并发能力。 在Windows操作系统中,Server 2003及之前版本的API也只提供了进程内部单一的线程池,不过在Vista及Server 2008的API中,除了改进线程池的性能之外,还提供了在同一进程内创建多个线程池的接口。很可惜,.NET直到如今的4.0版本,依旧没有提供构建独立线程池的功能。构造一个优秀的线程池是一件相当困难的事情,幸运的是,如果我们需要这方面的功能,可以借助著名的SmartThreadPool,经过那么多年的考验,相信它已经足够成熟了。如果需要,我们还可以对它做一定修改&&毕竟在不同情况下,我们对线程池的要求也不完全相同。
 IO线程池 IO线程池便是为异步IO服务的线程池。 访问IO最简单的方式(如读取一个文件)便是阻塞的,代码会等待IO操作成功(或失败)之后才继续执行下去,一切都是顺序的。但是,阻塞式IO有很多缺点,例如让UI停止响应,造成上下文切换,CPU中的缓存也可能被清除甚至内存被交换到磁盘中去,这些都是明显影响性能的做法。此外,每个IO都占用一个线程,容易导致系统中线程数量很多,最终限制了应用程序的伸缩性。因此,我们会使用&异步IO&这种做法。 在使用异步IO时,访问IO的线程不会被阻塞,逻辑将会继续下去。操作系统会负责把结果通过某种方法通知我们,一般说来,这种方式是&回调函数&。异步IO在执行过程中是不占用应用程序的线程的,因此我们可以用少量的线程发起大量的IO,所以应用程序的响应能力也可以有所提高。此外,同时发起大量IO操作在某些时候会有额外的性能优势,例如磁盘和网络可以同时工作而不互相冲突,磁盘还可以根据磁头的位置来访问就近的数据,而不是根据请求的顺序进行数据读取,这样可以有效减少磁头的移动距离。 Windows操作系统中有多种异步IO方式,但是性能最高,伸缩性最好的方式莫过于传说中的&IO完成端口(I/O Completion Port,IOCP)&了,这也是.NET中封装的唯一异步IO方式。大约一年半前,老赵写过一篇文章《正确使用异步操作》,其中除了描述计算密集型和IO密集型操作的区别和效果之外,还简单地讲述了IOCP与CLR交互的方式,摘录如下: 当我们希望进行一个异步的IO-Bound Operation时,CLR会(通过Windows API)发出一个IRP(I/O Request Packet)。当设备准备妥当,就会找出一个它&最想处理&的IRP(例如一个读取离当前磁头最近的数据的请求)并进行处理,处理完毕后设备将会(通过Windows)交还一个表示工作完成的IRP。CLR会为每个进程创建一个IOCP(I/O Completion Port)并和Windows操作系统一起维护。IOCP中一旦被放入表示完成的IRP之后(通过内部的ThreadPool.BindHandle完成),CLR就会尽快分配一个可用的线程用于继续接下去的任务。 不过事实上,使用Windows API编写IOCP非常复杂。而在.NET中,由于需要迎合标准的APM(异步编程模型),在使用方便的同时也放弃一定的控制能力。因此,在一些真正需要高吞吐量的时候(如编写服务器),不少开发人员还是会选择直接使用Native Code编写相关代码。不过在绝大部分的情况下,.NET中利用IOCP的异步IO操作已经足以获得非常优秀的性能了。使用APM方式在.NET中使用异步IO非常简单,如下: static void Main(string[] args) { WebRequest request = HttpWebRequest.Create(&&); request.BeginGetResponse(HandleAsyncCallback, request); } static void HandleAsyncCallback(IAsyncResult ar) { WebRequest request = (WebRequest)ar.AsyncS WebResponse response = request.EndGetResponse(ar); // more operations... } BeginGetResponse将发起一个利用IOCP的异步IO操作,并在结束时调用HandleAsyncCallback回调函数。那么,这个回调函数是由哪里的线程执行的呢?没错,就是传说中&IO线程池&的线程。.NET在一个进程中准备了两个线程池,除了上篇文章中所提到的CLR线程池之外,它还为异步IO操作的回调准备了一个IO线程池。IO线程池的特性与CLR线程池类似,也会动态地创建和销毁线程,并且也拥有最大值和最小值(可以参考上一篇文章列举出的API)。 只可惜,IO线程池也仅仅是那&一整个&线程池,CLR线程池的缺点IO线程池也一应俱全。例如,在使用异步IO方式读取了一段文本之后,下一步操作往往是对其进行分析,这就进入了计算密集型操作了。但对于计算密集型操作来说,如果使用整个IO线程池来执行,我们无法有效的控制某项任务的运算能力。因此在有些时候,我们在回调函数内部会把计算任务再次交还给独立的线程池。这么做从理论上看会增大线程调度的开销,不过实际情况还得看具体的评测数据。如果它真的成为影响性能的关键因素之一,我们就可能需要使用Native Code来调用IOCP相关API,将回调任务直接交给独立的线程池去执行了。 我们也可以使用代码来操作IO线程池,例如下面这个接口便是向IO线程池递交一个任务:public static class ThreadPool { public static bool UnsafeQueueNativeOverlapped(NativeOverlapped* overlapped); }  NativeOverlapped包含了一个IOCompletionCallback回调函数及一个缓冲对象,可以通过Overlapped对象创建。Overlapped会包含一个被固定的空间,这里&固定&的含义表示不会因为GC而导致地址改变,甚至不会被置换到硬盘上的Swap空间去。这么做的目的是迎合IOCP的要求,但是很明显它也会降低程序性能。因此,我们在实际编程中几乎不会使用这个方法3。
电话:010-
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