TPL, рекомендуется теперь как основной подход к разработке многопоточных приложений. Тем не менее накопленный опыт создания исходной многопоточной подсистемы по-прежнему имеет значение по целому ряду причин. Во-первых, уже существует немалый объем унаследованного кода, в котором применяется первоначальный подход к многопоточной обработке. Если приходится работать с таким кодом или сопровождать его, то нужно знать, как работает исходная многопоточная система. Во-вторых, в коде, опирающемся на TPL, могут по-прежнему использоваться элементы исходной многопоточной системы, и особенно ее средства синхронизации. И в-третьих, несмотря на то что сама библиотека TPL основывается на абстракции, называемой задачей, она по-прежнему неявно опирается на потоки и потоковые средства, описываемые в этой главе. Поэтому для полного усвоения и применения TPL потребуются твердые знания материала, излагаемого в этой главе.
И наконец, следует особо подчеркнуть, что многопоточная обработка представляет собой довольно обширную тему, и поэтому подробное ее изложение выходит за рамки этой книги. В этой и последующей главах представлен лишь беглый обзор данной темы и демонстрируется ряд основополагающих методик. Следовательно, материал этих глав может служить введением в эту важную тему и основанием для дальнейшего ее самостоятельного изучения.
Основы многопоточной обработки
Различают две разновидности многозадачности: на основе процессов и на основе потоков. В связи с этим важно понимать отличия между ними. Процесс фактически представляет собой исполняемую программу. Поэтому многозадачность на основе процессов — это средство, благодаря которому на компьютере могут параллельно выполняться две программы и более. Так, многозадачность на основе процессов позволяет одновременно выполнять программы текстового редактора, электронных таблиц и просмотра содержимого в Интернете. При организации многозадачности на основе процессов программа является наименьшей единицей кода, выполнение которой может координировать планировщик задач.
Поток представляет собой координируемую единицу исполняемого кода. Своим происхождением этот термин обязан понятию "поток исполнения'7. При организации многозадачности на основе потоков у каждого процесса должен быть по крайней мере один поток, хотя их может быть и больше. Это означает, что в одной программе одновременно могут решаться две задачи и больше. Например, текст может форматироваться в редакторе текста одновременно с его выводом на печать, при условии, что оба эти действия выполняются в двух отдельных потоках.
Отличия в многозадачности на основе процессов и потоков могут быть сведены к следующему: многозадачность на основе процессов организуется для параллельного выполнения программ, а многозадачность на основе потоков — для параллельного выполнения отдельных частей одной программы.
Главное преимущество многопоточной обработки заключается в том, что она позволяет писать программы, которые работают очень эффективно благодаря возможности выгодно использовать время простоя, неизбежно возникающее в ходе выполнения большинства программ. Как известно, большинство устройств ввода-вывода, будь то устройства, подключенные к сетевым портам, накопители на дисках или клавиатура, работают намного медленнее, чем центральный процессор (ЦП). Поэтому большую часть своего времени программе приходится ожидать отправки данных на устройство ввода-вывода или приема информации из него. А благодаря многопоточной обработке программа может решать какую-нибудь другую задачу во время вынужденного простоя. Например, в то время как одна часть программы отправляет файл через соединение с Интернетом, другая ее часть может выполнять чтение текстовой информации, вводимой с клавиатуры, а третья — осуществлять буферизацию очередного блока отправляемых данных.
Поток может находиться в одном из нескольких состояний. В целом, поток мол<:ет быть выполняющимся; готовым к выполнению, как только он получит время и ресурсы ЦП; приостановленным, т.е. временно не выполняющимся; возобновленным в дальнейшем; заблокированным в ожидании ресурсов для своего выполнения; а также завершенным, когда его выполнение окончено и не может быть возобновлено.