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序員必備！一文掌握Async線程池使用技巧，讓你的應(yīng)用流暢如飛

在當(dāng)今的軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，性能優(yōu)化一直是程序員們追求的目標(biāo)。特別是在多線程編程中，如何合理使用線程池來(lái)避免卡頓、提升應(yīng)用性能，成為了每個(gè)開(kāi)發(fā)者必須面對(duì)的問(wèn)題。本文將帶你深入了解Async線程池的使用技巧，讓你的應(yīng)用告別卡頓時(shí)代，流暢如飛！

一、為什么需要線程池？

在深入探討Async線程池之前，我們先來(lái)了解一下為什么需要線程池。在多線程編程中，頻繁地創(chuàng)建和銷(xiāo)毀線程會(huì)消耗大量的系統(tǒng)資源，導(dǎo)致性能下降。而線程池則通過(guò)預(yù)先創(chuàng)建一定數(shù)量的線程，并在需要時(shí)復(fù)用這些線程，從而減少了線程的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀開(kāi)銷(xiāo)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和吞吐量。

二、Async線程池的基本概念

Async線程池是C#中用于執(zhí)行異步任務(wù)的一種線程池實(shí)現(xiàn)。它允許我們將任務(wù)提交到線程池中進(jìn)行異步執(zhí)行，而無(wú)需關(guān)心線程的創(chuàng)建、調(diào)度和銷(xiāo)毀等底層細(xì)節(jié)。Async線程池的核心是Task類(lèi)和TaskScheduler類(lèi)，它們共同協(xié)作完成了任務(wù)的異步執(zhí)行。

三、Async線程池的使用技巧

1. 合理設(shè)置線程池大小

線程池的大小設(shè)置對(duì)應(yīng)用性能至關(guān)重要。過(guò)小的線程池會(huì)導(dǎo)致任務(wù)排隊(duì)等待執(zhí)行，影響系統(tǒng)響應(yīng)速度；而過(guò)大的線程池則可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的上下文切換和資源浪費(fèi)。因此，我們需要根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際情況來(lái)合理設(shè)置線程池的大小。一般來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)系統(tǒng)的CPU核心數(shù)和任務(wù)的性質(zhì)來(lái)估算線程池的大小。

2. 優(yōu)先使用異步方法

在C#中，我們可以使用async和await關(guān)鍵字來(lái)編寫(xiě)異步方法。異步方法允許我們?cè)诓蛔枞骶€程的情況下執(zhí)行耗時(shí)操作，從而提高了應(yīng)用的響應(yīng)速度和用戶(hù)體驗(yàn)。當(dāng)我們使用Async線程池時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先使用異步方法來(lái)提交任務(wù)，以便更好地利用線程池的資源。

3. 避免長(zhǎng)時(shí)間占用線程

在使用Async線程池時(shí)，我們應(yīng)該盡量避免長(zhǎng)時(shí)間占用線程。長(zhǎng)時(shí)間占用線程會(huì)導(dǎo)致其他任務(wù)無(wú)法及時(shí)執(zhí)行，從而影響系統(tǒng)的整體性能。因此，我們應(yīng)該盡量將耗時(shí)操作拆分成多個(gè)小任務(wù)，并使用異步方式提交到線程池中執(zhí)行。此外，我們還可以通過(guò)設(shè)置任務(wù)的超時(shí)時(shí)間等方式來(lái)避免長(zhǎng)時(shí)間占用線程。

4. 合理處理異常

在使用Async線程池執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可能會(huì)遇到各種異常情況。為了避免異常情況導(dǎo)致應(yīng)用崩潰或無(wú)法正常工作，我們需要合理處理異常。一種常見(jiàn)的做法是在任務(wù)中捕獲異常并進(jìn)行記錄或處理，以確保應(yīng)用能夠繼續(xù)正常運(yùn)行。同時(shí)，我們還可以利用任務(wù)的異常處理機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)更加靈活的錯(cuò)誤處理和恢復(fù)策略。

5. 監(jiān)控和調(diào)優(yōu)

為了確保Async線程池的高效運(yùn)行，我們需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)優(yōu)。通過(guò)監(jiān)控線程池的狀態(tài)和任務(wù)執(zhí)行情況，我們可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的性能問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)優(yōu)。例如，我們可以根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間和等待時(shí)間等指標(biāo)來(lái)調(diào)整線程池的大小或優(yōu)化任務(wù)的執(zhí)行邏輯。此外，我們還可以利用一些性能分析工具來(lái)幫助我們更好地監(jiān)控和調(diào)優(yōu)Async線程池的性能。

四、案例分析

為了更加直觀地展示Async線程池的使用技巧和應(yīng)用效果，我們接下來(lái)將通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的案例分析來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。假設(shè)我們有一個(gè)需要處理大量用戶(hù)請(qǐng)求的應(yīng)用，每個(gè)請(qǐng)求都需要執(zhí)行一些耗時(shí)操作。為了避免主線程被阻塞，我們可以使用Async線程池來(lái)異步處理這些請(qǐng)求。首先，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Async線程池實(shí)例，并設(shè)置合適的線程池大小。然后，我們可以將每個(gè)請(qǐng)求封裝成一個(gè)任務(wù)并提交到線程池中執(zhí)行。在任務(wù)中，我們可以使用異步方法來(lái)執(zhí)行耗時(shí)操作，并通過(guò)回調(diào)或事件等方式將結(jié)果返回給主線程。最后，我們還需要對(duì)線程池進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)優(yōu)以確保其高效運(yùn)行。

今年 2 月早些時(shí)候，一張泄露的任務(wù)管理器截圖顯示，英特爾正在尋求在 Lunar Lake 處理器上取消超線程（HT），即該公司對(duì)同時(shí)多線程（SMT）的稱(chēng)呼。今天，在 Computex 2024 大會(huì)上，隨著 Lunar Lake 的發(fā)布，英特爾證實(shí)了它確實(shí)在這么做，并解釋了原因。

如果你還記得，英特爾在第 12 代 Alder Lake 處理器上推出了性能混合或"大-大"架構(gòu)，將"大"性能內(nèi)核或 P 核心與"大"效率內(nèi)核或 E 核心相結(jié)合，這樣，較重的任務(wù)將由 P 核心處理，而較輕的工作負(fù)載將由 E 核心處理。

不過(guò)，盡管引入了線程指令硬件調(diào)度程序監(jiān)，英特爾還是注意到了改進(jìn)的機(jī)會(huì)，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)調(diào)度程序通常會(huì)將任務(wù)最后發(fā)送給超線程，因?yàn)槲锢韮?nèi)核總是優(yōu)先處理。

英特爾稱(chēng)，在 Lunar Lake 移動(dòng) CPU 上，其全新優(yōu)化的 P 核心（不含 HT）在單線程性能和效率方面有了顯著提升。英特爾表示，超線程技術(shù)更適用于多線程性能更為重要的應(yīng)用場(chǎng)景。

下面的幻燈片詳細(xì)介紹了英特爾通過(guò)禁用 HT 在 Lunar Lake P 核心上觀察到的性能和能效改進(jìn)：

英特爾補(bǔ)充說(shuō)，這是其精簡(jiǎn) Lunar Lake 架構(gòu)的更廣泛努力的一部分，即砍掉對(duì)所需性能或能效無(wú)益的部分。英特爾在下面的幻燈片中解釋了這些架構(gòu)的目標(biāo)。如果你想知道，Lion Cove 是 Lunar Lake P 核架構(gòu)，而 Skymont 是 E 核架構(gòu)。

Lunar Lake 的另一個(gè)變化是引入了新的L0 D 級(jí)緩存（0 級(jí)數(shù)據(jù)緩存）。Lunar Lake P 核（Lion Cove）每個(gè)內(nèi)核有 2.5MB 的二級(jí)緩存和多達(dá) 12MB 的共享三級(jí)緩存。同時(shí)，E 核（Skymont）擁有 4MB 共享二級(jí)緩存。

它們由四個(gè) P 核和四個(gè) E 核組成集群，這種 8 核混合設(shè)計(jì)構(gòu)成了一個(gè) Lunar Lake 計(jì)算磁盤(pán)。它還擁有高達(dá) 32GB 的內(nèi)置內(nèi)存，有助于加快數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度并減少延遲。

英特爾還對(duì)英特爾線程指令（ITD）進(jìn)行了修改。與前幾代產(chǎn)品不同的是，現(xiàn)在只要工作負(fù)載可以由 E 核處理，ITD 就會(huì)將任務(wù)優(yōu)先安排給 E 核。據(jù)該公司稱(chēng)，采用這種方法后，Microsoft Teams 的功耗降低了 35%。

微軟 Windows 核心操作系統(tǒng)高級(jí)軟件工程師 Tapan Ansel 和 Windows 核心操作系統(tǒng)首席軟件工程主管（能效）Bret Barkelew 說(shuō)：

英特爾線程指導(dǎo)技術(shù)可識(shí)別 Lunar Lake 平臺(tái)上最節(jié)能的 CPU，Windows 操作系統(tǒng)可利用該技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)"控制區(qū)"，將工作限制在這些 CPU 上，并保持其他性能優(yōu)越的 CPU 處于停機(jī)/閑置狀態(tài)，僅在需要時(shí)使用。這為團(tuán)隊(duì)視頻會(huì)議場(chǎng)景節(jié)省了大量功耗，而這些場(chǎng)景都非常適合在 Lunar Lake 上的"控制區(qū)"內(nèi)運(yùn)行。

與流星湖 P 核（Redwood Cove）相比，Lunar Lake P 核（Lion Cove）的 IPC 提高了 14%（AMD 聲稱(chēng)其新 Zen 5 的 IPC 提高了16%）：

在 E 核方面，英特爾稱(chēng) Lunar Lake 的 Skymont 甚至比 Raptor Lake（第 13 代）上的 P 核還要快；與 Meteor Lake 的 LP E 核相比，Skymont 快 68%，浮點(diǎn)（FP）吞吐量比整數(shù)吞吐量有更大的提升。

最后是 NPU 或神經(jīng)處理單元。英特爾公司聲稱(chēng)，其新的 NPU 4 設(shè)計(jì)有了巨大的改進(jìn)。我們已經(jīng)知道，英特爾公司在早些時(shí)候發(fā)布的一項(xiàng)聲明中已經(jīng)成功地達(dá)到了 Copilot+ PC 所需的 40 TOPS。

如上圖所示，48 峰值 TOPS（pTOPS）比必要的 40 TOPS 高出 20%，略低于 AMD 昨天發(fā)布的新 Ryzen AI 300 系列的 50 TOPS。不過(guò)，英特爾宣稱(chēng)平臺(tái)總性能（CPU + GPU + NPU）為 120 TOPS。而 AMD 的"處理器總性能"為 80 TOPS。

英特爾表示，由于 Lunar Lake 的人工智能處理能力比 Meteor Lake 有了大幅提升，因此 Stable Diffusion 在前者上的能效也得到了大幅提高。