threading-communication

write c# or cs file to imply variable ways of communication between different threadings.本项目根据《CLR via C#》及《C# in Threading》作为补充建成，如有更正或更新，欢迎PR.

线程概念及其开销

线程创建的目的是为了虚拟CPU，比起进程来说，线程的创建更加的轻量，线程可以共享同一进程中的资源，如dll或者打开的文件等。

1. 空间开销

线程创建后，会有如下空间的开销

类型	描述
线程内核对象	描述线程的属性，线程上下文
线程环境块
用户模式栈	含局部变量及调用返回地址
内核模式栈	用于在应用程序与内核之间传递参数
dll线程连接通知和线程分离通知	每创建或者卸载一个线程，会向非托管dll的DllMain函数传递一个通知

2. 时间开销

线程创建后，会有如下时间的开销

类型	描述
线程上下文切换	用于CPU的寄存器的值存入线程内核对象的线程上下文中，并提取新线程中的上下文到CPU寄存器
进程切换	若是切换到不同的进程的线程中，则还需要页表或者段表的切换
CLR清理内存	垃圾处理器触发时，会挂起全部线程，遍历根后，再遍历一次以移动新对象的位置

CLR线程与window线程的关系

目前是一模一样的

创建线程的方法

目前常用的都是使用线程池或者线程池的包装类来隐式使用线程。但可出于如下原因，自己主动使用Thread类创建线程：

1. 要使用前台线程。线程池都是后台线程。
2. 线程要以非普通优先级运行，虽然线程池也可以指定设置优先级，但是线程一回到线程池后优先级便会回到普通优先级
3. 如果某个任务需要长时间运行的话，为了避免线程池会多创建线程，也可以主动创建线程
4. 可能用Thread.Abort方法进行阻止线程

1. 计算限制的异步操作

使用线程池，Task, parallel

2. I/O限制的异步操作

使用线程池， Task, async及await

线程同步概要

线程或者进程访问同一代码段时，需要起到保护数据的作用。线程同步可以使用锁和值类型。 在.NET框架中，分类如下

类型	线程安全
静态方法	是
实例方法	否

同时按照难易，用户态和内核态，线程同步可分为如下部分

分类	类型	描述	缺点	推荐使用
基元	基元用户模式	使用特殊CPU指令，在硬件上发生，操作系统检测不到阻塞	在用户态，线程没有办法暂停，所以会造成不断自旋，浪费CPU时间，即活锁	🌟🌟🌟🌟
基元	基元内核模式	使用系统调用进行内核，内核发现资源被占用时会主动阻塞该线程，即死锁	用户态切换到内核态造成性能损失	🌟🌟🌟
混合		无竞争时，像用户态，有竞争时，像内核态		🌟🌟🌟🌟🌟

CLR规定，变量读写的原子性，都是32位以下，32位以上会发生撕裂读--一个线程读前面32位，一个线程读后面32位。 对于可原子性读写的变量，却不能规定这些操作什么时候会发生，于是有了————基元用户模式构造，解决int64，double等不能原子性读写的对象及规定好了原子性操作发生的时间。

基元用户模式有两种，易变构造和互锁构造

1. 易变构造

同步概要

阻塞类型的同步分为如下：

类型	描述	适合场景	推荐值
阻塞	线程调用join, sleep, wait等函数方法	线程满足条件很快的时候，可以主动阻塞下	🌟
排斥锁	使用此lock(Monitor), Mutex, SpinLock，只有一个线程可以进入此代码区	线程均会修改该代码区时	🌟🌟🌟
非排它锁	使用此Semaphore, SemaphoreSlim	需要限制进入该代码区的线程数量时	🌟🌟🌟🌟
读写锁		不需要限制可读的线程时	🌟🌟🌟🌟

线程的等待可以分为两种情形，一种是阻塞，一种是自旋。 阻塞的线程会让出运行时间片，而不会消耗CPU，会额外消耗的情形发生在线程被唤醒进行线程切换的情况下。 自旋的线程会浪费CPU的时间，但不会额外消耗线程切换的时间。 两者有时候是单独使用，有时候可以结合使用。在面对等待条件很快能满足的情况下，使用自旋效果会更好，在编写一般等待的代码时候，通常写为

''' while (condition != true) Threading.Sleep(100); '''

排斥锁

Lock在使用的时候，底层使用的是Monitor类型，不过是做了封装