《CLR via C#》之線程處理——線程基礎
windows為什么要支持線程
線程開銷
CPU發展趨勢
CLR線程和Windows線程
使用專用線程執行異步的計算限制操作
線程調度和優先級
windows為什么要支持線程
早期的操作系統只有一個執行線程，但同時包含了操作系統代碼和應用程序代碼，一旦應用程序出現bug，整個主機必須重啟，數據都會丟失。
微軟后來發布了新的內核——Windows NT。決定在一個進程中運行應用程序的實例。進程實際是應用程序實例需要使用的資源的集合。保護了數據的安全性。但是如果發生死循環呢？如果機器只有一個CPU，他會執行死循環，雖然數據不會被破壞，系統依然會停止響應。微軟的解決方案就是線程。它的職責是對CPU進行了虛擬化。每個進程都有專用的線程（相當于一個CPU）。
線程開銷
和一切虛擬化機制一樣，線程有空間（內存耗用）和時間（運行時的執行性能）上的開銷:
- 線程內核對象（thread kernel object）
為每個線程分配的數據結構之一。包括描述線程的一組屬性，線程上下文（CPU寄存器集合）。x86，x64，ARM CPU架構，上下文分別占約700,1240,350字節。 - 線程環境塊（thread environment block, TEB）
TEB是用戶模式中分配和初始化的內存塊，占用一個內存頁（三種架構都是4kB）。 - 用戶模式棧（user-model stack）
存儲傳給方法的局部變量和實參。Windows默認分配1MB內存（保留地址空間，需要時換到物理內存。 - 內核模式棧（kernel-model stack）
用于向OS內核模式函數傳遞實參。Win32：12KB；Win 64:24KB。 - DLL線程連接（attach）和線程分離（detach）通知
Windows的一個策略是，任何進程在創建和終止線程時，都會調用進程加載的所有非托管DLL的DLLMain方法。
上下文切換開銷
Windows大約每30ms執行一次上下文切換。這個動作不會帶來任何內存或性能上的收益。事實上，上下文切換可能帶來其它的性能損失，比如缺頁中斷，cache寫入。
執行GC時，CLR必須掛起所有線程，遍歷它們的棧查找根以便對堆中的對象進行標記（GC算法第一步），再次遍歷它們的棧（更新它們的根），再恢復所有線程。所以減少線程的數量會顯著提升GC的性能。
線程越多，調試體驗越差（遇到斷點時掛起所有線程）。
CPU發展趨勢
除了提高CPU的速度外，還有多核——為了使用線程。
目前的三種多CPU技術：
- 多個CPU；
- 超線程CPU——芯片中包含兩組架構狀態，比如CPU寄存器，但只要一組執行資源；
- 多核CPU。
CLR線程和Windows線程
目前，CLR線程完全等價于Windows線程。
使用專用線程執行異步的計算限制操作
應盡量使用線程池來執行異步的計算操作。但是如果滿足以下任何條件，就可顯式創建自己的線程。
- 線程需要非Normal的優先級運行。
- 需要線程是一個前臺線程，防止應用程序在線程結束前終止。
- 直接為長時間運行的任務創建專用線程。因為，線程池為了判斷是否需要創建一個額外的線程，所采用的邏輯比較復雜。
- 需要控制線程（啟動，并可能調用Abort方法）。
線程調度和優先級
Windows是搶占式多線程操作系統，所有你不能保證自己的線程一直運行，也阻止不了其它線程的運行。
Microsoft知道開發人員 在為線程分配優先級時很難做到完全合理，因此公開了優先級系統的一個抽象層。
- 進程優先級類（抽象概念）：決定應用程序與其它應用相比的響應能力。
6個進程優先級類：Idle，Below Normal，Normal（默認），Above Normal，High（絕對必要時使用），和Realtime（盡量避免使用）。 - 優先級：線程優先級
Windows支持7個相對線程優先級：Idle，Lowest，Below Normal，Normal，Above Normal，Highest和Time-Critical
每個線程的優先級取決于兩個標準：1）它的進程優先級類；2）在其進程優先級類中，線程的優先級。他倆合并構成一個線程的“基礎優先級”。每個線程都有一個“動態優先級”，線程調度器根據 這個優先級決定執行哪個線程。最初，基礎優先級和動態優先級相同。系統可以提升基礎優先級在0到15之間的線程優先級（即，概念上非Realtime優先級類）。
事實上，Windows永遠不會調度進程，它只調度線程。
C#可以通過設置Thread的Property屬性，來設置相對線程優先級。ThreadPriority枚舉：Lowest，BelowNormal，Normal，AboveNormal或者Highest。和Windows為自己保留了優先級0和Realtime范圍一樣，CLR為自己保留了Idle和Time-Critical優先級。
