C # .NET avancé: concurrence, parallélisme et multithreading expliqué

C # .NET fournit des outils puissants pour la programmation simultanée, parallèle et multithread. 1) Utilisez la classe de threads pour créer et gérer des threads, 2) La classe de tâches fournit une abstraction plus avancée, tirant parti des pools de threads pour améliorer l'utilisation des ressources, 3) Implémentez l'informatique parallèle via Parallel.ForEach, 4) Async / Await et Task.

introduction

Dans le développement de logiciels modernes, comment utiliser efficacement les ressources informatiques est devenue un problème clé. Surtout lors du traitement de grandes quantités de données ou nécessitant plusieurs tâches à effectuer simultanément, C # .NET fournit un ensemble puissant d'outils pour implémenter la programmation simultanée, parallèle et multithread. Aujourd'hui, nous allons approfondir ces concepts pour vous aider à comprendre comment réaliser un multitâche efficace en C #. Grâce à cet article, vous apprendrez à utiliser les fonctionnalités C # pour améliorer les performances et la réactivité de votre programme.

Examen des connaissances de base

Avant de commencer, passons rapidement en revue les bases. La concurrence fait référence à plusieurs tâches exécutées dans la même période, tandis que le parallélisme fait référence à plusieurs tâches exécutées en même temps. Le multithreading est un moyen de mettre en œuvre la concurrence et le parallélisme. Il permet aux programmes d'exécuter plusieurs threads dans le même temps.

C # fournit des bibliothèques et des frameworks riches pour prendre en charge ces concepts, tels que System.Threading System.Threading.Tasks Comprendre ces connaissances de base est crucial pour l'apprentissage ultérieur.

Analyse du concept de base ou de la fonction

La définition et la fonction de la concurrence, du parallélisme et du multithreading

La concurrence et le parallélisme sont des concepts importants dans la programmation moderne. La concurrence permet au programme de traiter plusieurs tâches dans la même période, tandis que parallèle exige davantage que ces tâches soient exécutées en même temps. Le multithreading est un moyen courant de mettre en œuvre ces concepts, qui permet aux programmes d'exécuter plusieurs threads dans le même temps, améliorant ainsi la réactivité et l'efficacité du programme.

Par exemple, supposons que vous développez un serveur Web qui doit traiter plusieurs demandes clients en même temps. Avec Multithreading, vous pouvez créer un thread indépendant pour chaque demande client, améliorant ainsi la vitesse de réponse et la puissance de traitement du serveur.

 Utilisation du système;
Utilisation de System.threading;

programme de classe
{
    statique void main (String [] args)
    {
        // Créer deux threads Thread Thread1 = nouveau thread (ThreadProc);
        Thread Thread2 = nouveau thread (ThreadProc);

        // Démarrer le thread thread1.start ();
        thread2.start ();

        // attendez que le fil termine Thread1.join ();
        thread2.join ();
    }

    statique void threadProc ()
    {
        pour (int i = 0; i <5; i)
        {
            Console.writeLine ($ "Thread {Thread.currentThread.ManagedThreadID}: {i}");
            Thread.Sleep (1000); // Travail de simulation}
    }
}

Cet exemple simple montre comment créer et démarrer deux threads, chacun effectuant la même tâche, mais ils sont exécutés simultanément.

Comment ça marche

Le principe de travail du multithreading implique la planification et la gestion des threads du système d'exploitation. Chaque thread a son propre contexte d'exécution, y compris les compteurs de programme, les registres et les piles. Le système d'exploitation est chargé de basculer entre différents threads pour obtenir une exécution simultanée.

Dans C #, Thread fournit des fonctionnalités de base pour la création et la gestion des threads, tandis que Task fournit une abstraction plus avancée, vous permettant d'écrire du code simultané plus facilement. La classe Task utilise un pool de threads en interne pour gérer les threads, améliorant ainsi l'utilisation et les performances des ressources.

Une compréhension approfondie de la façon dont les œuvres de la lecture multiple peuvent vous aider à mieux concevoir et optimiser les programmes simultanés. Par exemple, la compréhension des algorithmes de planification de threads peut vous aider à éviter les blocages et les conditions de course, tandis que la compréhension des modèles de mémoire peut vous aider à gérer correctement les données partagées.

Exemple d'utilisation

Utilisation de base

Examinons un exemple simple montrant comment implémenter l'informatique parallèle à l'aide de Task . En supposant que nous devons calculer la somme des carrés de tous les éléments dans un tableau, nous pouvons utiliser des calculs parallèles pour améliorer les performances.

 Utilisation du système;
Utilisation de System.Linq;
Utilisation de System.Threading.Tasks;

programme de classe
{
    statique void main (String [] args)
    {
        int [] nombres = énumérable. range (1, 1000000) .toArray ();
        somme longue = 0;

        // Utiliser le calcul parallèle parallèle.ForEach (nombres, num =>
        {
            sum = (long) math.pow (num, 2);
        });

        Console.writeline ($ "somme de carrés: {sum}");
    }
}

Dans cet exemple, nous utilisons Parallel.ForEach pour calculer la somme des carrés de chaque élément dans le tableau en parallèle. Parallel.ForEach divisera automatiquement la tâche en plusieurs parties et s'exécutera sur plusieurs threads, augmentant ainsi la vitesse des calculs.

Utilisation avancée

Dans des scénarios plus complexes, nous devrons peut-être contrôler la concurrence et le parallélisme plus granulant. Par exemple, supposons que nous devons obtenir des données à partir de plusieurs sources de données et les traiter tout en obtenant les données. Nous pouvons utiliser Task et async/await pour implémenter cette fonction.

 Utilisation du système;
Utilisation de System.Threading.Tasks;

programme de classe
{
    tâche asynchrone statique Main (String [] args)
    {
        // simule pour obtenir des données à partir de plusieurs sources de données var task1 = getDataasync ("source1");
        var tâche2 = getDataaSync ("source2");

        // attendez que toutes les tâches terminent l'attente tâche.Whenall (Task1, Task2);

        // Processus Data Var Result1 = Await Task1;
        var result2 = attendre la tâche2;

        Console.WriteLine ($ "Data From Source1: {result1}");
        Console.WriteLine ($ "Data From Source2: {result2}");
    }

    tâche asynchrone statique <string> getDataaSync (chaîne source)
    {
        // Simuler le retard dans l&#39;obtention de données Await Task.delay (2000);
        return $ "data de {source}";
    }
}

Dans cet exemple, nous utilisons async/await et Task.WhenAll pour obtenir des données en parallèle et les traiter une fois l'acquisition de données terminée. Cette approche peut considérablement améliorer la réactivité et l'efficacité du programme.

Erreurs courantes et conseils de débogage

Les erreurs communes dans la programmation multithread comprennent des impasses, des conditions de course et des fuites de threads. Examinons quelques erreurs courantes et des conseils de débogage.

• Deadlock : Deadlock fait référence à deux threads ou plus qui s'attendent à la publication des ressources, ce qui fait que le programme est incapable de continuer à exécuter. Une façon d'éviter les impasses est de s'assurer que les threads acquièrent des ressources dans le même ordre.

• Conditions de concurrence : les conditions de concurrence se réfèrent à plusieurs threads qui accèdent à des ressources partagées en même temps, ce qui entraîne des résultats imprévisibles. Les conditions de course peuvent être évitées à l'aide de serrures (telles que les instructions lock ) ou des mécanismes de synchronisation plus avancés (comme SemaphoreSlim ).

• Fuite de thread : la fuite de thread est lorsque les threads sont créés mais ils ne sont pas terminés correctement, ce qui entraîne un gaspillage de ressources. Pour vous assurer que les threads sont terminés correctement lorsqu'ils ne sont pas nécessaires, vous pouvez utiliser Task pour gérer le cycle de vie du thread.

Lors du débogage des programmes multithreads, vous pouvez utiliser les outils de visualisation simultanés de Visual Studio pour analyser l'exécution du thread et détecter les impasses et les conditions de course.

Optimisation des performances et meilleures pratiques

Dans les applications pratiques, l'optimisation des performances des programmes multi-thread est un problème clé. Examinons quelques conseils d'optimisation et meilleures pratiques.

• Utilisation du pool de thread : les pools de threads peuvent réduire les frais généraux de la création et de la destruction de threads et améliorer l'utilisation des ressources. ThreadPool et classes Task en C # Utilisez des pools de thread à l'intérieur.

• Éviter un parallélisme excessif : trop de tâches parallèles peuvent provoquer le dépassement des frais généraux de la commutation de contexte. Utilisez la classe ParallelOptions pour contrôler la limite supérieure du parallélisme.

• L'utilisation de la programmation asynchrone : la programmation asynchrone peut améliorer la réactivité du programme, en particulier dans les opérations à forte intensité d'E / S. L'utilisation async/await peut simplifier la complexité de la programmation asynchrone.

• LICIBILITÉ ET MAINTENANCE DE CODE : assurez la lisibilité et la maintenance du code lors de l'écriture de code multithread. Utilisez une dénomination et une annotation claires pour éviter une logique trop complexe.

Avec ces techniques d'optimisation et les meilleures pratiques, vous pouvez mieux tirer parti de la concurrence et du parallélisme de C # pour écrire des programmes multipliés efficaces et maintenables.

Dans la programmation multithread, la compréhension et l'application de ces concepts peuvent non seulement améliorer les performances de votre programme, mais également améliorer vos compétences en programmation. J'espère que cet article pourra vous fournir des informations précieuses et des conseils pratiques pour vous aider facilement dans le développement C # .NET.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!