Что такое параллельное программирование (многопоточность) и его назначение? Какие классы используются?csharp-3

Определение и назначение

Параллельное программирование — это подход, при котором несколько задач выполняются одновременно, используя ресурсы многоядерных процессоров. Многопоточность — частный случай параллелизма, где задачи выполняются в разных потоках.

Основные цели:

  • Увеличение производительности (распараллеливание вычислений)
  • Повышение отзывчивости UI-приложений
  • Эффективное использование ресурсов процессора
  • Асинхронная обработка I/O-операций

Ключевые классы и технологии в C#

1. Thread

Базовый класс для создания и управления потоками.

var thread = new Thread(() =>
{
    Console.WriteLine("Выполняюсь в отдельном потоке!");
});
thread.Start();

Проблемы:

  • Высокая стоимость создания потоков
  • Сложность синхронизации

2. ThreadPool

Пул потоков для эффективного управления ресурсами.

ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
{
    Console.WriteLine("Работа в потоке из пула");
});

3. Task

Современный подход к асинхронным операциям.

Task.Run(() =>
{
    // Долгая операция
    return CalculateResult();
});

4. Parallel

Упрощение параллельных вычислений.

Parallel.For(0, 100, i =>
{
    ProcessItem(i);
});

5. async/await

Для асинхронного программирования без блокировки потоков.

async Task<string> DownloadDataAsync()
{
    var client = new HttpClient();
    return await client.GetStringAsync("https://example.com");
}

6. Synchronization Primitives

Для безопасного доступа к общим ресурсам:

  • lock (Monitor)
  • Mutex
  • Semaphore
  • ReaderWriterLockSlim
private static readonly object _lockObj = new object();
lock (_lockObj)
{
    // Критическая секция
}

Проблемы параллелизма

  1. Race Conditions (состояние гонки)
  2. Deadlocks (взаимные блокировки)
  3. Starvation (голодание потоков)
  4. Memory Consistency (проблемы видимости изменений)

Best Practices

  1. Используйте Task вместо прямого создания потоков
  2. Избегайте блокировки UI-потока
  3. Минимизируйте общие данные между потоками
  4. Используйте потокобезопасные коллекции (ConcurrentBag, ConcurrentQueue)
  5. Применяйте CancellationToken для отмены операций

Пример параллельной обработки

var options = new ParallelOptions { MaxDegreeOfParallelism = 4 };
Parallel.ForEach(items, options, item =>
{
    ProcessItem(item);
});

Резюмируем:

параллельное программирование в C# предоставляет богатый набор инструментов (Thread, Task, Parallel, async/await) для эффективного использования современных процессоров, но требует внимательного отношения к синхронизации и управлению ресурсами.

Вопросы

Собеседования