本文是一篇读书笔记，由《C#多线程编程实战》一书中的内容整理而来，主要梳理了.NET 中多线程编程相关的知识脉络，从 Thread、ThreadPool、Task、async/await、并发集合、Parallel、PLINQ 到 Rx 及异步 I/O 等内容，均有所覆盖。为了帮助大家理解本文内容，首先给出博主在阅读该书过程中绘制的思维导图，大家可以根据个人需要针对性的查漏补缺。

线程基础

Tips1：暂停线程，即通过 Thread.Sleep()方法让线程等待一段时间而不用消耗操作系统资源。当线程处于休眠状态时，它会占用尽可能少的 CPU 时间。
Tips2：线程等待，即通过 Join()方法等待另一个线程结束，因为不知道执行所需要花费的时间，此时 Thread.Sleep()方法无效，并且第一个线程等待时是处于阻塞状态的。
Tips3：终止线程，调用 Abort()方法会给线程注入 ThreadAbortException 异常，该异常会导致程序崩溃，且该方法不一定总是能终止线程，目标线程可以通过处理该异常并调用 Thread.ResetAbort()方法来拒绝被终止，因此不推荐使用 Abort()方法来终止线程，理想的方式是通过 CancellationToken 来实现线程终止。
Tips4：线程优先级，线程优先级决定了该线程可占用多少 CPU 时间，通过设置 IsBackground 属性可以指定一个线程是否为后台线程，默认情况下，显式创建的线程都是前台线程。其主要区别是：进程会等待所有的前台线程完成后再结束工作，但是如果只剩下后台线程，则会直接结束工作。需要注意的是，如果程序定义了一个不会赞成的前台线程，主程序并不会正常结束。
Tips5：向线程传递参数，可以通过 ThreadStart 或者 lambda 表达式来向一个线程传递参数，需要注意的是，由 lambda 表达式带来的闭包问题
Tips6：竞争条件是多线程环境中非常常见的导致错误的原因，通过 lock 关键字锁定一个静态对象(static&readonly)时，需要访问该对象的所有其它线程都会处于阻塞状态，并等待直到该对象解除锁定，这可能会导致严重的性能问题，
Tips7：发生死锁的原因是锁定的静态对象永远无法解除锁定，通常 Monitor 类用以解除死锁，而 lock 关键字用以创建死锁，Monitor 类的 TryEnter()方法可以用以检测静态对象是否可以解锁，lock 关键字本质上是 Monitor 类的语法糖。

bool acquiredLock = false;
try
{
  Monitor.Enter(lockObject, ref acquiredLock)
}
finally
{
  if(acquiredLock)
  {
    Monitor.Exit(lockObject)
  }
}

Tips8：不要在线程中抛出异常，而是在线程代码中使用 try……catch 代码块。

线程同步

Tips9：无须共享对象，则无须进行线程同步，通过重新设计程序来移除共享状态，从而避免复杂的同步构造；使用原子操作，这意味着一个操作只占用一个量子的时间，一次就可以完成，并且只有当前操作完成后，其它线程方可执行其它操作，因此，无须实现其它线程等待当前操作完成，进而避免了使用锁，排除了死锁。
Tips10：为了实现线程同步，我们不得不使用不同的方式来协调线程，方式之一是将等待的线程设为阻塞，当线程处于阻塞状态时，会占用尽可能少的 CPU 时间，然而这意味着会引入至少一次的上下文切换。上下文切换，是指操作系统的线程调度器，该调度器会保存等待的线程状态，并切换到另一个线程，依次恢复等待的线程状态，而这需要消耗更多的资源。
Tips11：线程调度模式，当线程挂起很长时间时，需要操作系统内核来阻止线程使用 CPU 时间，这种模式被称为内核模式；当线程只需要等待一小段时间，而不需要将线程切换到阻塞状态，这种模式被称为用户模式；先尝试按照用户模式进行等待，如线程等待足够长时间，则切换到阻塞状态以节省 CPU 资源，这种模式被称为混合模式。
Tips12：Mutex 是一种原始的同步方法，其只对一个线程授予对共享资源的独占访问，Mutex 可以在不同的程序中同步线程。
Tips13：SemaphoreSlim 是 Semaphore 的轻量级版本，用以限制同时访问同一个资源的线程数量，超过该数量的线程需要等待，直到之前的线程中某一个完成工作，并调用 Release()方法发出信号，其使用了混合模式，而 Semaphore 则使用内核模式，可以在跨程序同步的场景下使用。
Tips14：AutoResetEvent 类用以从一个线程向另一个线程发送通知，该类可以通知等待的线程有某个事件发生，其实例在默认情况下初始状态为 unsignaled，调用 WaitOne()方法时将会被阻塞，直到我们调用了 Set 方法；相反地，如果初始状态为 signaled，调用 WaitOne()方法时将会被立即处理，需要我们再调用一次 Set 方法，以便向其它线程发出信号。
Tips15：ManualResetEventSlim 类是使用混合模式的线程信号量，相比使用内核模式的 AutoResetEvent 类更好(因为等待时间不能太长)，AutoResetEvent 像一个旋转门，一次仅允许一个人通过，而 ManualResetEventSlim 是 ManualResetEvent 的混合版本，一直保持大门开启直到手动屌用 Reset 方法。
Tips16：EventWaitHandle 类是 AutoResetEvent 和 ManualResetEvent 的基类，可以通过调用其 WaitOne()方法来阻塞线程，直到 Set()方法被调用，它有两种状态，即终止态和非终止态，这两种状态可以相互转换，调用 Set()方法可将其实例设为终止态，调用 Reset()方法可以将其实例设为非终止态。
Tips17：CountdownEvent 类可以用以等到直到一定数量的操作完成，需要注意的是，如果其实例方法 Signal()没有达到指定的次数，则其实例方法 Wait()将一直等待。所以，请确保使用 CountdownEvent 时，所有线程完成后都要调用 Signal()方法。
Tips18：ReaderWriterLockSlim 用以创建一个线程安全的机制，在多线程中对一个集合进行读写操作，ReaderWriterLockSlim 代表了一个管理资源访问的锁，允许多个线程同时读取，以及独占写。其中，读锁允许多线程读取数据，写锁在被释放前会阻塞其它线程的所有操作。
Tips19：SpinWait 类是一个混合同步构造，被设计为使用用户模式等待一段时间，然后切换到内核模式以节省 CPU 时间。

使用线程池

Tips20：volatile 关键字指出一个字段可能会被同时执行的多个线程修改，声明为 volatile 的字段不会被编译器和处理器优化为只能被单线程访问。
Tips21：创建线程是昂贵的操作，所以为每个短暂的异步操作创建线程会产生显著的开销。线程池的用途是执行运行时间短的操作，使用线程池可以减少并行度耗费及节省操作系统资源。在 ASP.NET 应用程序中使用线程池时要相当小心，ASP.NET 基础切实使用自己的线程池，如果在线程池中浪费所有的工作者线程，Web 服务器将不能够服务新的请求，在 ASP.NET 中只推荐使用 I/O 密集型的异步操作，因为其使用了一个不同的方式，叫做 I/O 线程。
Tips22：APM，即异步编程模型，是指使用 BeginXXX/EndXXX 和 IAsyncResult 对象等方式，其通过调用 BeginInvoke 方法返回 IAsyncResult 对象，然后通过调用 EndInvoke 方法返回结果，我们可通过轮询 IAsyncResult 对象的 IsCompleted 或者调用 IAsyncResult 对象的 AsyncWaitHandle 属性的 WaitOne()方法来等待直到操作完成。
Tips23：ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject()方法允许我们将回调函数放入线程池中的队列中，当提供的等待事件处理器收到信号或发生超时时，该回调函数将被调用，这做鱼我们为线程池中的操作实现超时功能。具体思路是：ManualResetEvent + CancellationToken，当接收到 ManualResetEvent 对象的信号时处理超时，或者是使用 CancellationToken 来处理超时。
Tips24：CancellationToken 是.NET4.0 中被引入的实现异步操作的取消操作的事实标准，我们可以使用三种方式来实现取消过程，即轮询 IsCancellationRequested 属性、抛出 OperationCanceledException 异常、为 CancellationToken 注册一个回调函数。
Tips25：Timer 对象用以在线程池中创建周期性调用的异步操作。
Tips26：BackgroundWorker 组件，是典型的基于事件的异步模式，即 EAP，当通过 RunWorkerAsync 启动一个异步操作时，DoWork 事件所订阅的事件处理器，将会运行在线程池中，如果需要需要取消异步操作，则可以调用 CancelAsync()方法。

使用任务并行库

Tips27：TPL 即任务并行库，在.NET 4.0 中被引入，目的是解决 APM 和 EAP 中获取结果和传播异常的问题，TPL 在.NET4.5 中进行了调整，使其在使用上更简单，它可以理解为线程池之上的又一个抽象层，对程序员隐藏了与线程池交互的底层代码，并提供了更方便的细粒度的 API。TPL 的核心概念是任务，一个任务代表了一个异步操作，该操作可以通过多种方式运行，可以使用或者不使用独立线程运行。TPL 相比之前的模式，一个关键优势是其具有用于组合任务的便利的 API。
Tips28：Task.Run 是 Task.Factory.StartNew 的一个快捷方式，后者有附加的选项，在无特殊需求的情况下，可以直接使用 Task.Run，通过 TaskScheduler，我们可以控制任务的运行方式。
Tips29：使用 Task 实例的 Start 方法启动任务并等待结果，该任务会被放置在线程池中并且主线程会等待，直到任务返回前一直处于阻塞状态；使用 Task 实例的 RunSynchronously 方法启动任务，该任务是运行在主线程中，这是一个非常好的优化，可以避免使用线程池来执行非常短暂的操作；我们可以通过轮询 Task 实例的状态信息来判断一个任务是否执行结束。
Tips30：通过 Task 实例的 ContinueWith 方法可以为任务设置一个后续操作，通过 TaskContinuationOptions 选项来指定后续任务以什么样的方式执行。
Tips31：通过 Task 实例的 FromAsync 可以实现 APM 到 Task 的转换
Tips32：通过 TaskCompletionSource 可以实现 EAP 到 Task 的转换
Tips33：TaskScheduler 是一个非常重要的抽象，该组件实际上负责如何执行任务，默认的任务调度程序将任务放置在线程池的工作线程中。为了避免死锁，绝对不要通过任务调度程序在 UI 线程中使用同步操作，请使用 ContinueWith 或 async/await 方法。

使用 C# 6.0

Tips34：异步函数是 C# 5.0 引入的语言特性，它是基于 TPL 之上的更高级别抽象，真正简化了异步编程。要创建一个异步函数，首先需要使用 async 关键字标注一个方法，其次异步函数必须返回 Task 或 Task 类型，可以使用 async void 的方法，但是更推荐 async Task 的方法，使用 async void 的方法的唯一合理的地方就是在程序中使用顶层 UI 控制器事件处理器的时候，在使用 async 关键字标注的方法内部，可以使用 await 操作符，该操作符可与 TPL 任务一起工作，并获取该任务中异步操作的结果，在 async 方法外部不能使用 await 关键字，否则会有编译错误，异步函数代码中至少要拥有一个 await 关键字。
Tips35：在 Windows GUI 或 ASP.NET 等环境中不推荐使用 Task.Wait 和 Task.Result，因为非常有可能会造成死锁。 async 可以和 lambda 表达式联用，在表达式体中应该至少含有一个 await 关键字标示，因为 lambda 表达式的类型无法通过自身推断，所以必须显式地向 C#编译器指定类型。
Tips36：异步并不总是意味着并行执行
Tips37：单个异步操作可以使用 try……catch 来捕获异常，而对于一个以上的异步操作，使用 try…catch 仅仅可以从底层的 AggregateException 对象中获得第一个异常，为了获得所有的异常，可以使用 AggregateException 的 Flatten()方法将层级异常放入一个列表，并从中提取出所有的底层异常。
Tips38：通过 Task 实例的 ConfigureAwait()方法，可以设置使用 await 时同步上下文的行为，默认情况下，await 操作符会尝试捕捉同步上下文，并在其中执行代码，即调度器会向 UI 线程投入成千上百个后续操作任务，这会使用它的消息循环来异步地执行这些任务，当我们不需要在 UI 线程中运行这些代码时，向 ConfigureAwait 方法传入 false 将会是一个更高效的方案。
Tips39：async void 方法会导致异常处理方法，会放置到当前的同步上下文中，因此线程池中未被处理的异常会终结整个进程，使用 AppDomain.UnhandledException 事件可以拦截未处理的异常，但不能从拦截的地方恢复进程，async void 的 lambda 表达式，同 Action 类型是兼容的，强烈建议仅仅在 UI 事件处理器中使用 async void 方法，在其他情况下，请使用返回 Task 或者 Task 的方法。

使用并行集合

Tips40：ConcurrentQueue 使用了原子的比较和交换(CAS)，以及 SpinWait 来保证线程安全，它实现了一个先进先出(FIFO)的集合，这意味着元素出队列的顺序与加速队列的顺序是一致的，可以调用 Enqueue 方法向对接中加入元素，调用 TryDequeue 方法试图取出队列中第一个元素，调用 TryPeek 方法试图得到第一个元素但并不从队列中删除该元素。
Tips41：ConcurrentStack 的实现同样没有使用锁，仅采用了 CAS 操作，它是一个后进先出(LIFO)的集合，这意味着最后添加的元素会先返回，可以调用 Push 和 PushRange 方法添加元素，使用 TryPop 和 TryPopRange 方法获取元素，使用 TryPeek 方法检查元素。
Tips42：ConcurrentBag 是一个支持重复元素的无序集合，它针对以下情况进行了优化，即多个线程以这样的方式工作：每个线程产生和消费其自身的任务，极少发生线程间的交互(因为要交互就要使用锁)。可以调用 Add 方法添加元素，调用 TryPeek 方法检查元素，调用 TryTake 方法获取元素。
Tips43：ConcurrentDictionary 是一个线程安全的字典集合的实现，对于读操作无需使用锁，对于写操作则需要使用锁，该并发字典使用多个锁，在字典桶之上实现了一个细粒度的锁模型(使用锁的常规字典称为粗粒度锁)，参数 concurrentLevel 可以在构造函数中定义锁的数量。这意味着预估的线程数量将并发地更新该字典。由于并发字典使用锁，如无必要请避免使用以下操作：Count、IsEmpty、Keys、Values、CopyTo 及 ToArray，因为需要获取该字典中的所有锁。
Tips44：BlockingCollection 是一个针对 IProducerConsumerCollection 泛型接口实现的高级封装，它有很多先进的功能来实现管道场景，即当你有一些步骤需要使用之前步骤运行的结果时。BlockingCollection 类支持分块、调整内部集合容量、取消集合操作、从多个块集合中获取元素等。
Tips45：对 BlockingCollection 进行迭代时，需要注意的是，使用 GetConsumingEnumerable()进行迭代，因为虽然 BlockingCollection 实现了 IEnumerable 接口，但是它默认的行为是表示集合的“快照”，这不是我们期望的行为。

使用 PLINQ

Tips46：将程序分割成一组任务并使用不同的线程来运行不同的任务，这种方式被称为任务并行将数据分割成较小的数据块，对这些数据进行并行计算，然后聚合这些计算结果，这种编程模型称为数据并行
Tips47：结构并行确实更易维护，应该尽可能地使用，但它并不是万能的。通常有很多情况我们是不能简单地使用结构并行，那么以非结构化的方式使用 TPL 任务并行也是完全可以的。 Parallel 类中的 Invoke 方法是最简单的实现多任务并行的方法，Invoke 方法会阻塞其它线程直到所有线程都完成。
Tips48：Parallel 类中的 For 和 ForEach 方法可以定义并行循环，通过传入一个委托来定义每个循环项的行为，并得到一个结果来说明循环是否成功完成，ParallelOptions 类可以为并行循环定义最大并行数，使用 CollectionToken 取消任务，使用 TaskScheduler 类调度任务。
Tips49：ParallelLoopState 可以用于从循环中跳出或者检查循环状态，它有两种方式：Break 和 Stop，Stop 是指循环停止处理任何工作，而 Break 是指停止其之后的迭代，继续保持其之前的迭代工作。
Tips50：同 Task 类似，当使用 AsParallel()方法并行查询时，我们将得到 AggregateException，它将包含运行 PLINQ 期间发生的所有异常，我们可以使用 Flatten()方法和 Handle()方法来处理这些异常。
Tips51：ParallelEnumerable 类含有 PLINQ 的全部逻辑，并且作为 IEnumerable 集合功能的一组扩展方法，默认情况下结果会被合并单个线程中，我们可以通过 ForAll 方法来指定处理逻辑，此时它们使用的是同一个线程，将跳过合并结果的过程，除了 AsParallel()方法，我们同样可以使用 AsSequential()方法，来使得 PLINQ 查询以顺序方式执行(相对于并行)
Tips52：PLINQ 中提供了丰富用以 PLINQ 查询的选项，例如 WithCancellation()方法用以取消查询，这将导致引发 OperationCanceledException 异常，并取消剩余的工作；例如 WithDegreeOfParallelism()方法用以指定执行查询时实际并行分割数，可以决定并行执行会占用多少资源及其性能如何；例如 WithExecutionMode()可以重载查询执行的模式，即我们可以决定选择以顺序执行还是并行执行的方式去执行查询；例如 WithMergeOptions()方法可以用以调整对查询结果的处理，默认 PLINQ 会将结果合并到单个线程中，因此在查询结果返回前，会缓存一定数量的结果，当发现查询花费大量时间时，更合理的方式是关闭结果缓存从而尽可能快地得到结果；例如 AsOrdered()方法，用以告诉 PLINQ 我们希望按照集合中的顺序进行处理(并行条件下，集合中的项有可能不是按顺序被处理的)

使用异步 I/O

Tips53：异步 I/O，对服务器而言，可伸缩性是最高优先级，这意味着单个用户消耗的资源越少越好，如果为每个用户创建多个线程，则可伸缩性并不好，在 I/O 密集型的场景中需要使用异步，因为不需要 CPU 工作，其瓶颈在磁盘上，这种执行 I/O 任务的方式成为 I/O 线程。在异步文件读写中，FileOptions.Asynchronous 是一个非常重要的选项，无论有无此参数都可以，以异步的方式使用该文件，区别是前者仅仅是在线程池中异步委托调用，而后者可以对 FileStream 垒使用异步 I/O。
Tips54：对 HttpListener 类，我们可以通过 GetContextasync()方法来异步地获取上下文。
Tips55：对数据库而言，我们可以通过 OpenAsync()、ExecuteNonQueryAsync()等方法异步地执行 SQL 语句。

好了，以上就是这篇读书笔记的主要内容啦，听说掌握了这 55 条 Tips 的人，都敢在简历上写”精通多线程编程“，哈哈，晚安啦，各位！