並行編程實戰：基於C# 8和.NET Core 3

本書詳細闡述了與並行程式設計相關的基本解決方案，主要包括並行程式設計簡介、任務並行性、實現資料並行、使用PLINQ、同步原語、使用併發集合、通過延遲初始化提高性能、非同步程式設計詳解、基於任務的非同步程式設計基礎、使用Visual Studio調試任務、編寫並行和非同步代碼的單元測試用例、ASP.NET Core中的IIS和Kestrel、並行程式設計中的模式、分散式存儲管理等內容。此外，本書還提供了相應的示例、代碼，以幫助讀者進一步理解相關方案的實現過程。

本書適合作為高等院校電腦及相關專業的教材和教學參考書，也可作為相關開發人員的自學讀物和參考手冊。

第1篇 執行緒、多工和非同步基礎
第1章 並行程式設計簡介 3
1.1 技術要求 3
1.2 為多核計算做準備 4
1.2.1 進程 4
1.2.2 硬體和應用程式的性能 4
1.2.3 多工 4
1.2.4 超執行緒 5
1.2.5 Flynn分類法 6
1.2.6 執行緒 7
1.2.7 執行緒類型 7
1.2.8 執行緒單元狀態 7
1.2.9 多執行緒 10
1.2.10 Thread類 12
1.2.11 使用Thread類的優缺點 16
1.2.12 ThreadPool類 17
1.2.13 使用ThreadPool的優缺點 19
1.2.14 BackgroundWorker 20
1.2.15 使用BackgroundWorker的優缺點 23
1.2.16 多執行緒與多工對比 24
1.3 適用並行程式設計技術的場景 24
1.4 並行程式設計的優缺點 25
1.5 小結 26
1.6 牛刀小試 26
第2章 任務並行性 29
2.1 技術要求 29
2.2 任務 29
2.3 創建和啟動任務 30
2.3.1 System.Threading.Tasks.Task類 31
2.3.2 System.Threading.Tasks.Task.Factory.StartNew方法 32
2.3.3 System.Threading.Tasks.Task.Run方法 33
2.3.4 System.Threading.Tasks.Task.Delay方法 33
2.3.5 System.Threading.Tasks.Task.Yield方法 34
2.3.6 System.Threading.Tasks.Task.FromResult方法 36
2.3.7 System.Threading.Tasks.Task.FromException和System.Threading.Tasks.Task.FromException方法 37
2.3.8 System.Threading.Tasks.Task.FromCanceled和System.Threading.Tasks.Task.FromCanceled方法 37
2.4 從完成的任務中獲取結果 38
2.5 取消任務 39
2.5.1 創建權杖 40
2.5.2 使用權杖創建任務 40
2.5.3 通過IsCancellationRequested屬性輪詢權杖的狀態 41
2.5.4 註冊請求取消的回檔 42
2.6 等待正在運行的任務 44
2.6.1 Task.Wait 44
2.6.2 Task.WaitAll 45
2.6.3 Task.WaitAny 45
2. Task.WhenAll 46
2.6.5 Task.WhenAny 46
2.7 處理任務異常 47
2.7.1 處理來自單個任務的異常 47
2.7.2 處理來自多個任務的異常 48
2.7.3 使用回呼函數處理任務異常 49
2.8 將APM模式轉換為任務 50
2.9 將EAP模式轉換為任務 52
2.10 有關任務的更多資訊 54
2.10.1 後續任務 54
2.10.2 使用Task.ContinueWith方法繼續執行任務 54
2.10.3 使用Task.Factory.ContinueWhenAll和Task.Factory.ContinueWhenAll繼續執行任務 55
2.10.4 使用Task.Factory.ContinueWhenAny和Task.Factory.
ContinueWhenAny繼續執行任務 56
2.10.5 父任務和子任務 57
2.10.6 創建一個分離的子任務 57
2.10.7 創建一個附加的任務 58
2.11 工作竊取佇列 59
2.12 小結 62
2.13 牛刀小試 62
第3章 實現資料並行 65
3.1 技術要求 65
3.2 從順序迴圈到並行迴圈 65
3.2.1 使用Parallel.Invoke方法 66
3.2.2 使用Parallel.For方法 68
3.2.3 使用Parallel.ForEach方法 69
3.3 瞭解並行度 70
3.4 在並行迴圈中創建自訂分區策略 72
3.4.1 範圍分區 73
3.4.2 塊分區 73
3.5 取消迴圈 74
3.5.1 使用Parallel.Break 75
3.5.2 使用ParallelLoopState.St0p 76
3.5.3 使用CancellationToken 77
3.6 瞭解並行迴圈中的執行緒存儲 79
3.6.1 執行緒區域變數 79
3.6.2 分區區域變數 80
3.7 小結 81
3.8 牛刀小試 81
第4章 使用PLINQ 83
4.1 技術要求 83
4.2 .NET中的LINQ提供程式 84
4.3 編寫PLINQ查詢 84
4.3.1 關於ParallelEnumerable類 85
4.3.2 編寫第#一個PLINQ查詢 85
4.4 在並存執行時保持順序 86
4.4.1 使用AsOrdered()方法 87
4.4.2 使用AsUnOrdered()方法 88
4.5 PLINQ中的合併選項 88
4.5.1 使用N0tBuffered合併選項 88
4.5.2 使用AutoBuffered合併選項 89
4.5.3 使用FullyBuffered合併選項 90
4.6 使用PLINQ拋出和處理異常 92
4.7 組合並行和順序LINQ查詢 94
4.8 取消PLINQ查詢 95
4.9 使用PLINQ進行並行程式設計時要考慮的事項 97
4.10 影響PLINQ性能的因素 97
4.10.1 並行度 97
4.10.2 合併選項 98
4.10.3 分區類型 98
4.10.4 確定是保持循序執行還是轉向並行 98
4.10.5 操作順序 98
4.10.6 使用ForAll 99
4.10.7 強制並行 99
4.10.8 生成序列 99
4.11 小結 100
4.12 牛刀小試 100

第2篇 支持.NET Core中並行性的資料結構
第5章 同步原語 105
5.1 技術要求 105
5.2 關於同步原語 105
5.3 互鎖操作 106
5.3.1 .NET中的記憶體屏障 108
5.3.2 重新排序 108
5.3.3 記憶體屏障的類型 109
5.3.4 避免使用構造對代碼進行重新排序 110
5.4 鎖原語 111
5.4.1 鎖的工作方式 111
5.4.2 執行緒狀態 111
5.4.3 阻塞與自旋 113
5.5 鎖、互斥鎖和信號量 113
5.5.1 鎖 114
5.5.2 互斥鎖 116
5.5.3 信號量 118
5.5.4 ReaderWriterLock 120
5.6 信號原語 120
5.6.1 Thread.Join 120
5.6.2 EventWaitHandle 122
5.6.3 AutoResetEvent 122
5. ManualResetEvent 123
5.6.5 WaitHandle 125
5.7 羽量級同步原語 129
5.7.1 Slim鎖 129
5.7.2 ReaderWriterLockSlim 130
5.7.3 SemaphoreSlim 131
5.7.4 ManualResetEventSlim 132
5.8 屏障和倒數事件 133
5.9 使用Barrier和CountDownEvent的案例研究 133
5.10 SpinWait 136
5.11 自旋鎖 136
5.12 小結 137
5.13 牛刀小試 138
第6章 使用併發集合 141
6.1 技術要求 141
6.2 併發集合詳解 141
6.2.1 關於IProducerConsumerCollection 142
6.2.2 使用ConcurrentQueue 143
6.2.3 使用佇列解決生產者-消費者問題 143
6.2.4 使用併發佇列解決問題 145
6.2.5 Queue與ConcurrentQueue性能對比 146
6.2.6 使用ConcurrentStack 146
6.2.7 創建併發堆疊 146
6.2.8 使用ConcurrentBag 148
6.2.9 使用BlockingCollection 149
6.2.10 創建BlockingCollection 150
6.3 多生產者-消費者應用場景 151
使用ConcurrentDictionary 153
6.5 小結 154
6.6 牛刀小試 155
第7章 通過延遲初始化提高性能 157
7.1 技術要求 157
7.2 延遲初始化概念簡析 157
7.3 關於System.Lazy 161
7.3.1 封裝在構造函數中的構造邏輯 161
7.3.2 作為委託傳遞給Lazy的構造邏輯 162
7.4 使用延遲初始化模式處理異常 163
7.4.1 初始化期間沒有異常發生 1
7.4.2 使用異常緩存初始化時出現隨機異常 1
7.4.3 不緩存異常 166
7.5 執行緒本機存放區的延遲初始化 167
7.6 減少延遲初始化的開銷 169
7.7 小結 171
7.8 牛刀小試 172

第3篇 使用C#進行非同步程式設計
第8章 非同步程式設計詳解 175
8.1 技術要求 175
8.2 程式執行的類型 175
8.2.1 理解同步程式執行 176
8.2.2 理解非同步程式執行 177
8.3 適合使用非同步程式設計的情形 178
8.3.1 編寫非同步代碼 179
8.3.2 使用Delegate類的BeginInvoke方法 179
8.3.3 使用Task類 181
8.3.4 使用IAsyncResult介面 181
8.4 不宜使用非同步程式設計的情形 183
8.5 使用非同步代碼可以解決的問題 183
8.6 小結 184
8.7 牛刀小試 185
第9章 基於任務的非同步程式設計基礎 187
9.1 技術要求 187
9.2 關於async和await關鍵字 187
9.2.1 使用async和await關鍵字的原因 188
9.2.2 非同步方法的返回類型 191
9.3 非同步委託和Lambda運算式 192
9.4 基於任務的非同步模式 192
9.4.1 編譯器方法，使用async關鍵字 193
9.4.2 手動實現TAP 193
9.5 非同步代碼的異常處理 194
9.5.1 返回Task並拋出異常的方法 194
9.5.2 從try-catch塊外部調用非同步方法並且不帶await關鍵字 194
9.5.3 從try-catch塊內部調用非同步方法並且不帶await關鍵字 196
9.5.4 從try-catch塊外部使用await關鍵字調用非同步方法 198
9.5.5 返回void的方法 199
9.6 使用PLINQ實現非同步 200
9.7 衡量非同步代碼的性能 201
9.8 使用非同步代碼的準則 203
9.8.1 避免使用非同步void 204
9.8.2 使用非同步連鎖鏈 204
9.8.3 盡可能使用ConfigureAwait 205
9.9 小結 205
9.10 牛刀小試 205

第4篇 非同步代碼的調試、診斷和單元測試
第10章 使用Visual Studio調試任務 209
10.1 技術要求 209
10.2 使用Visual Studio 2019進行調試 209
10.3 如何調試執行緒 210
10.4 使用並行堆疊視窗 212
10.4.1 使用並行堆疊視窗進行調試 213
10.4.2 執行緒視圖 213
10.4.3 任務視圖 215
10.4.4 使用並行觀察視窗進行調試 216
10.5 使用併發視覺化器 217
10.5.1 利用率視圖 219
10.5.2 執行緒視圖 219
10.5.3 核心視圖 220
10.6 小結 220
10.7 牛刀小試 221
10.8 深入閱讀 222
第11章 編寫並行和非同步代碼的單元測試用例 223
11.1 技術要求 223
11.2 使用.NET Core進行單元測試 224
11.3 瞭解編寫非同步代碼的單元測試用例的問題 226
11.4 編寫並行代碼和非同步代碼的單元測試用例 228
11.4.1 檢查成功的結果 229
11.4.2 檢查除數為0時的異常結果 229
11.5 使用Moq類比非同步代碼的設置 230
11.6 使用測試工具 232
11.7 小結 233
11.8 牛刀小試 233
11.9 深入閱讀 234

第5篇 .NET Core附加的並行程式設計功能
第12章 ASP.NET Core中的IIS和Kestrel 237
12.1 技術要求 237
12.2 IIS執行緒模型 237
12.2.1 避免饑餓演算法 238
12.2.2 爬山演算法 238
12.3 Kestrel執行緒模型 239
12.3.1 ASP.NET Core 1.x 241
12.3.2 ASP.NET Core 2.x 241
12.4 微服務中執行緒的#佳實踐 242
12.4.1 單執行緒單進程微服務 242
12.4.2 單執行緒多進程微服務 243
12.4.3 多執行緒單進程微服務 243
12.4.4 非同步服務 243
12.4.5 專用線程池 243
12.5 在ASP.NET MVC Core中使用非同步 245
12.5.1 創建非同步Web API 245
12.5.2 非同步流 248
12.6 小結 251
12.7 牛刀小試 251
第13章 並行程式設計中的模式 253
13.1 技術要求 253
13.2 MapReduce模式 253
13.2.1 映射和歸約 253
13.2.2 使用LINQ實現MapReduce 254
13.3 聚合 257
13.4 分/合併模式 258
13.5 推測處理模式 259
13.6 延遲模式 260
13.7 共用狀態模式 263
13.8 小結 263
13.9 牛刀小試 2
第14章 分散式存儲管理 265
14.1 技術要求 265
14.2 分散式系統簡介 265
14.3 共用存儲模型與分散式存儲模型 267
14.3.1 共用存儲模型 267
14.3.2 分散式存儲模型 268
14.4 通信網路的類型 270
14.4.1 靜態通信網路
……
附錄

沙克蒂·坦沃是Techpro Compsoft Pvt Ltd（一家資訊技術諮詢提供商）的首席執行官。他是一名技術推廣人員和軟體架構師，在軟體發展和企業培訓方面擁有超過15年的經驗。Shakti是一名Microsoft認證培訓師，並且一直與Microsoft合作在中東地區開展培訓。他的專業領域包括.NET、Azure機器學習、人工智慧、純函數式程式設計的應用和平行計算等。