线程之并发限制

        protected async Task OperateModbusObjectToEnabledClientsAsync(Func<ModbusObjectDemo, Task> func, string operationName = ""){try{if (func == null)throw new ArgumentNullException(nameof(func));// 获取所有已启用写操作的客户端var enabledClients = _clientProvider.GetEnabledClients();if (!enabledClients.Any()){StatusMessage = "No enabled clients found!";logger.Debug(StatusMessage);return;}logger.Trace("Action：客户端数量:{0},写操作开始:{1}", enabledClients.Count(), operationName);// 使用一种轻量级的信号量来创建并发限制，用于限制同时运行的任务数量，避免同时处理太多客户端。using var semaphore = new SemaphoreSlim(Environment.ProcessorCount);var tasks = new List<Task<ClientOperationResult>>();foreach (var client in enabledClients){tasks.Add(ProcessClientAsync(client, func, semaphore));}// 等待所有任务完成，设置超时时间var timeoutTask = Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(20)); // 设置20秒超时// 等待所有任务和超时任务完成。// 使用Action版本(无返回值)，这里的WhenAll只会等待Task.Run完成，而不会等待action中的异步操作。// 使用Func<Task>的版本，这里的WhenAll会等待所有异步操作完成。var completedTask = await Task.WhenAny(Task.WhenAll(tasks), timeoutTask);if (completedTask == timeoutTask)//如果是超时任务完成则报错{logger.Error($"Operation {operationName} timed out after 20 seconds");StatusMessage = $"Operation {operationName} timed out";return;}var results = await Task.WhenAll(tasks);logger.Trace("Action：客户端数量:{0},写操作结束:{1}", enabledClients.Count(), operationName);ProcessResults(results, operationName);}catch (Exception ex){StatusMessage = $"Error in {operationName}: {ex.Message}";logger.Debug(StatusMessage);}}private async Task<ClientOperationResult> ProcessClientAsync(IModbusTcpClient client, Func<ModbusObjectDemo, Task> func, SemaphoreSlim semaphore){try{// 等待获取信号量await semaphore.WaitAsync();logger.Trace("信号量数量：{0}", semaphore.CurrentCount);if (!client.IsConnected){return new ClientOperationResult{Client = client,Success = false,Error = "Not connected"};}// 直接等待异步操作，不需要 Task.Runawait client.TryGetModbusObjectDemoAsync(func);return new ClientOperationResult{Client = client,Success = true,Error = string.Empty};}catch (Exception ex){logger.Error($"Error processing client {client.Name}: {ex.Message}");return new ClientOperationResult{Client = client,Success = false,Error = ex.Message};}finally{semaphore.Release();}}

为什么需要创建并发限制？

• 原因一：线程资源是有限的

  • 线程不是“无限”资源。每创建一个线程，都会占用一定的内存和CPU调度资源。
  • 如果有很多客户端（比如几十、几百个），每个都开一个线程去处理，系统很快就会因为线程数过多而变慢甚至崩溃（线程上下文切换开销大，内存消耗大）。

• 原因二：防止“线程风暴”

  • 如果不加限制，所有任务会同时并发执行，可能导致CPU、内存、网络等资源被瞬间耗尽，影响整个系统的稳定性。

• 原因三：提升整体吞吐量和响应性

  • 合理的并发数可以让CPU和I/O资源得到充分利用，同时又不会让系统过载。
  • 这样可以保证每个任务都能在合理的时间内完成，系统整体更平稳。

不用并发限制会怎样？

• 可能会出现线程爆炸，导致系统变慢甚至崩溃。
• 任务之间会频繁切换，CPU大部分时间都在做“线程切换”而不是“真正的工作”。
• 系统响应变慢，甚至出现死锁、内存溢出等问题。

怎么设置并发限制

• 如示例代码中使用轻量级的信号量（SemaphoreSlim），用于限制同时运行的任务数量。可以把它理解为“并发闸门”，只有拿到“通行证”的任务才能执行，其他任务要等前面的任务释放“通行证”后才能继续。

Environment.ProcessorCount 的含义

• Environment.ProcessorCount 返回当前机器的逻辑处理器（CPU核心）数量。
• 例如，4核8线程的CPU，这个值就是8。也就是说通过信号量（SemaphoreSlim）限制同时只允许8个线程同时处理。

为什么用它

• 这是一个经验值，通常来说，CPU密集型任务的并发数设置为核心数可以获得最优性能。
• 即使是I/O密集型任务，设置为核心数也能保证不会有太多任务同时抢占CPU，避免线程切换开销过大。
• 这样做的好处是：既能利用多核CPU的并发能力，又不会让系统资源被过度消耗。
• 举例说明
  • 假设你有100个客户端，如果不加限制，100个任务会同时执行，系统压力很大。
  • 如果用 SemaphoreSlim(8)，每次只允许8个任务并发执行，其他的排队，等前面的执行完再继续。

如果任务是I/O密集型，可以适当放宽并发数吗？

• 可以！对于I/O密集型任务（比如网络、磁盘操作），可以适当把并发数调大一些（比如2~4倍核心数），但也要根据实际测试和服务器能力来调整。
• 但绝不能无限制地放大，否则还是会有资源耗尽的风险。

线程是有限资源，那4核8线程的CPU，线程数就是8吗？

• 我们可以创建远远多于8个线程（比如100、1000甚至更多），但这样做会带来：
  • 内存消耗（每个线程有自己的栈空间，通常1~2MB）
  • 线程切换的CPU开销（上下文切换）
  • 系统调度压力
• 实际“有限资源”取决于：
  • 你的机器内存有多少
  • 你的操作系统允许的最大线程数
  • 你的应用场景（CPU密集型还是I/O密集型）
• 一般来说：
  • 线程数在几十到几百是没问题的（取决于内存和场景）
  • 但同一时刻能被CPU真正执行的线程数，就是逻辑核心数（比如8）
• 这就要引入下一个话题：CPU的“线程”与操作系统的“线程”

CPU的“线程”与操作系统的“线程”

• CPU的线程（比如4核8线程）指的是CPU能同时并行执行的最大任务数，也就是“并发执行单元”。
  4核8线程，代表有4个物理核心，每个核心支持超线程（Hyper-Threading），所以一共8个“逻辑核心”。
这意味着最多有8个任务可以真正同时被CPU执行。

• 操作系统的线程（比如C#里的Thread/Task）是软件层面的调度单元。
  操作系统可以创建成百上千个线程，但同一时刻只有最多8个线程能被CPU真正执行（在4核8线程的机器上）。
其他线程会被挂起、等待，操作系统会不断切换它们上CPU。

总结

• 4核8线程的CPU，不是说你只能创建8个线程，而是同一时刻最多8个线程能被CPU并行执行。
• 你可以创建更多线程，但会带来资源消耗和调度开销。
• 线程是有限资源，但这个“有限”不是8，而是受内存、操作系统和应用场景共同决定的。
• 用 Environment.ProcessorCount 作为并发限制，是为了让你的程序既高效又不会让系统过载（频繁在线程上下文中切换）。