.net中ThreadPool与Task的认识总结

线程池和Task是多线程编程中两个经常使用的技术，大家在熟悉不过了。他们有什么关联关系？Task又是怎么工作的呢？估计很多时候会犯糊涂。通过翻阅资料，终于弄明白了，与大家分享一下。

 

工作线程与I/O线程
     在ThreadPool中有这样一个方法：

public static bool SetMaxThreads(int workerThreads, int completionPortThreads);

此方法中有两个参数：workerThreads和completionPortThreads。这两个参数引申出了两个概念：辅助线程（也叫工作线程）和异步 I/O 线程。这两个线程有什么区别么？通过查阅资料，我们可以了解到，工作线程其实就是我们编码主动向ThreadPool中创建的线程。而I/O线程是线程池中预先保留出来的部分线程，这部分线程的作用是为了分发从IOCP（I/O completion port） 中的回调。

那么什么是IOCP回调呢？

在CLR内部，系统维护了一个IOCP（I/O completion port），它提供了处理多个异步I/O请求的线程模型。我们可以把IOCP看做是一个消息队列。当一个进程创建了一个IOCP，即创建了一个队列。当异步I/O请 求完成时，设备驱动程序就会生成一个I/O完成包,将它按照FIFO方式排队列入该完成端口。之后，会由I/O线程提取完成I/O请求包，并调用之前的委托。注意：异步调用服务时，回调函数都是运行于CLR线程池的I/O线程当中。

I/O线程是由CLR调用的，通常情况下，我们不会直接用到它 。但是线程池中区分它们的目的是为了避免线程都去处理I/O回调而被耗尽，从而引发死锁。在编程时，开发人员需要关注的是确保I/O线程返回到线程池，I/O回调代码应该做尽量小的工作，并尽快返回到线程池，否则I/O线程会很快消耗光。如果回调代码中的工作很多的话，应该考虑把工作拆分到一个工作者线程中去。否则，I/O线程被耗尽，大量工作线程空闲，可能导致死锁。

再补充一下，当执行I/O操作的时候，无论是同步I/O操作还是异步I/O操作，都会调用的Windows的API方法，比如，当读取文件时，调用ReadFile函数。该方法会将你的当前线程从用户态转变成内核态，会生成一个I/O请求包，并初始化这个请求包。ReadFile会向内核传递，根据这个请求包，windows内核知道需要将这个I/O操作发送给哪个硬件设备。这些I/O操作会进入设备自己的处理队列中，该队列由这个设备的驱动程序维护。

如果此时是同步I/O操作，那么在硬件设备操作I/O的时候，发出I/O请求的线程由于无事可做被windows变成睡眠状态，当硬件设备完成操作后，再唤醒这个线程。这种方式非常直接，但是性能不高，如果请求数很多，那么休眠的线程数也很多，浪费了大量资源。

如果是异步I/O操作（.Net中，异步的I/O操作大部分为BeginXXX的形式 ），该方法在Windows把I/O请求包发送到设备的处理队列后就返回。同时，在调用异步I/O操作时，即调用BeginXXX方法的时候，需要传入一个委托，该委托方法会随着I/O请求包一路传递到设备的驱动程序。在设备处理完I/O请求包后，将该委托再放到CLR线程池队列。

总结来说，IOCP（I/O completion port）中有2个队列，一个是先进先出的队列，存放的是IO完成包，即已经完成的IO操作需要执行回调方法。还有一个队列是线程队列，IOCP会预分配一些线程在这个队列中，这样会比即时创建线程处理I/O请求速度更快。这个队列是后进先出的，好处是下一个请求的到来可能还是用之前的线程来处理，就不需要进行线程上下文切换，提高了性能。

 

Task的运行原理分析

Task与ThreadPool什么关系呢？简单来说，Task是基于ThreadPool实现的，当然被标记为LongRunning的Task（单独创建线程实现）除外。Task被创建后，通过TaskScheduler执行工作项的分配。TaskScheduler会把工作项存储到两类队列中： 全局队列与本地队列。全局队列被设计为FIFO的队列。本地队列存储在线程中，被设计为LIFO.

当主程序创建了一个Task后，由于创建这个Task的线程不是线程池中的线程，则TaskScheduler 会把该Task放入全局队列中。

如果这个Task是由线程池中的线程创建，并且未设置TaskCreationOptions.PreferFairness标记（默认情况下未设置），TaskScheduler 会把该Task放入到该线程的本地队列中。如果设置了TaskCreationOptions.PreferFairness标记，则放入全局队列。

官方的解释是： 最高级任务（即不在其他任务的上下文中创建的任务）与任何其他工作项一样放在全局队列上。 但是，嵌套任务或子任务（在其他任务的上下文中创建）的处理方式大不相同。 子任务或嵌套任务放置在特定于执行父任务的线程的本地队列上。 父任务可能是最高级任务，也可能是其他任务的子任务。

那么任务放入到两类队列中后，是如何被执行的呢？

当线程池中的线程准备好执行更多工作时，首先查看本地队列。 如果工作项在此处等待，直接通过LIFO的模式获取执行。 如果没有，则向全局队列以FIFO的模式获取工作项。如果全局队列也没有工作项，则查看其他线程的本地队列是否有可执行工作项，如果存在可执行工作项，则以FIFO的模式出队执行。