C# 多线程学习系列一

一、windows线程的起源及相关操作系统知识

(1)、单一"工作线程"的弊端

早期的Windows系统没有线程的概念，整个系统运行在一个单一的"工作线程"上，操作系统代码和应用程序代码共享这个线程。这种模式的主要缺点是，当一个应用程序运行时，它会独占整个计算机资源（因为只有一个工作线程），并且如果它陷入死循环，整个PC将停止响应。更糟糕的是，重启时所有应用程序都会停止，导致数据丢失。

(2)、Windows进程

i、Windows进程及其解决的问题

为了解决单一"工作线程"的问题，微软设计了新的内核，引入了Windows进程的概念。每个Windows进程（包含应用程序所需的资源集合）独立运行一个应用程序，如下图所示：

一个Chrome浏览器进程包含多个子进程（子进程可以共享父进程的资源），它们包含正在使用的资源集合，如CPU、内存等。每个进程都有一个唯一的虚拟地址空间（PID）。

当一个应用程序由于代码错误而卡死时，不会影响其他应用程序的运行，只需在任务管理器中关闭该进程即可。其他应用程序的数据也不会丢失，因为它们是独立的进程。

ii、Windows进程的安全性

在Windows中，进程之间不能相互访问（父子进程除外），单个进程也无法访问Windows内核。

iii、关于CPU的问题

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虽然Windows进程很好地解决了单一"工作线程"的问题，但如果PC只有一个CPU，当CPU本身发生死循环等问题时，仍然会导致PC停止工作。

iv、Windows线程及其解决的问题

为了解决单个进程执行异常导致CPU停止工作的问题，微软设计了Windows线程。它的作用是对CPU进行虚拟化，Windows为每个Windows进程分配一个Windows线程，该线程相当于一个虚拟的CPU（包含CPU的所有功能）。如果应用程序的代码进入死循环，相关进程会被停止，但其他应用程序进程不会停止，因为它们拥有自己的线程（虚拟CPU）。

2、Windows线程的资源消耗

虽然Windows线程提升了Windows的可靠性和健壮性，但天下没有免费的午餐，资源消耗是不可避免的。这里不深入探讨操作系统级别的细节，只展示一些直观的现象。以我的笔记本为例，打开任务管理器如下：

我的笔记本此时运行着176个进程，理论上至少有176个线程，但实际上有2103个线程，平均每个进程有12个线程。以下是我的笔记本配置：

双核CPU，理论上最优配置是只有两个线程，因为涉及到线程上下文切换（从一个线程切换到另一个线程），而上下文切换的性能代价非常大。

我的CPU利用率为7%，这意味着93%的时间，这2103个线程什么也没做，严重浪费了我的内存。如果此时开启远程桌面服务，假设有10个用户连接我的笔记本，所有开销将翻倍。

当然，虽然线程的开销很大，但与创建进程相比，线程的开销相对较小。然而，在开发应用程序时，仍需合理使用线程！

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