Программирование мобильных устройств на платформе .NET Compact Framework
Шрифт:
На уровне алгоритма важно не только выбрать наиболее подходящий алгоритм обработки данных, но и эффективно реализовать его. При реализации алгоритма вы должны стремиться к тому, чтобы объем памяти, распределяемой для объектов, был как можно меньшим; для кода, выполняющегося в цикле, это приобретает еще большее значение. Особого внимания заслуживают строки, чрезвычайная широта применения которых повышает вероятность того, что часть памяти, связанная с распределением и освобождением строк, будет расходоваться понапрасну. В случае строковых алгоритмов наибольший интерес представляют два подхода: 1) использование индексов для ссылки на содержащиеся в строке данные, а не извлечение подстрок в виде отдельных строк, и 2) создание строк с помощью класса StringBuilder (или его эквивалентов в случае других сред выполнения). В процессе написания своих алгоритмов проявляйте особую осмотрительность при создании и освобождении объектов, поскольку распределение памяти для объектов и их инициализация требуют определенного времени, а объекты в конечном счете превращаются в "мусор", от которого
Среда выполнения вашего мобильного приложения во многом может быть уподоблена небольшой квартире- Пока такая квартира не слишком забита вещами, проживание в ней может доставлять одно удовольствие. Стоит, однако, вещам загромоздить ее, как вам станет трудно перемещаться по ней и вообще что-либо делать. Если в процессе вашей ежедневной деятельности создается много мусора, то вам приходится часто выносить мусорное ведро и тратить время на наведение порядка вместо того, чтобы заниматься полезной работой. На макроуровне в обыденной жизни следует стремиться к тому, чтобы жилье было опрятным и просторным, а все необходимые вещи были всегда под рукой. Что касается микроуровня, то следует просто не мусорить!
ГЛАВА 9
Производительность и многопоточное выполнение
Время пожирает все.
Введение: когда и как следует использовать многопоточное выполнение
Поскольку устройства используются на протяжении частых, но коротких рабочих сеансов, пользователи требуют, чтобы мобильное программное обеспечение реагировало на их запросы с минимальными задержками. Проще говоря, пользователи не желают понапрасну тратить время на ожидание ответной реакции устройства. Применение фоновых потоков позволяет добиться того, чтобы функции, обеспечивающие интерактивное взаимодействия пользователя с приложением, всегда выполнялись на переднем плане. Создание и использование фоновых потоков значительно расширяет возможности разработки сложных мобильных приложений. Однако это означает для вас как хорошие, так и плохие новости.
Как водится, сначала — плохие новости. За некоторыми исключениями, от введения дополнительных потоков ваш код работать быстрее не будет. Более того, в абсолютном смысле дополнительные потоки почти всегда лишь замедляют выполнение кода. Это происходит потому, что вы предоставляете операционной системе еще один поток, который ей приходится обслуживать, временами переключаясь на него. Переключение системы между различными потоками отрицательно сказывается на производительности.
Далее — опять плохие новости. Введение дополнительных потоков значительно увеличивает сложность кода вашего приложения и повышает вероятность появления в нем ошибок, связанных с синхронизацией выполнения потоков. Обнаруживать ошибки синхронизации чрезвычайно трудно. Если вы только начинаете экспериментировать с потоками, то вам легко будет впасть в соблазн увидеть в них ответы на все вопросы, с какими бы фактическими нуждами приложения это ни было связано. Стоит разработчику научиться работать с потоками, как они его "очаровывают", и он ищет малейший повод для их создания и применения. Тенденция к злоупотреблению фоновыми потоками становится еще более заметной при групповой разработке проектов; перед каждым членом группы стоит своя задача, для которой ему хотелось бы выделить независимый поток, чтобы нужная работа могла выполняться независимо от выполнения какого-либо другого кода. Поначалу такая идея действительно может казаться вполне разумной, но это до тех пор, пока все части кода не начнут работать вместе и приложению не придется выполнять одновременно, скажем, семь потоков, делая чрезвычайно красивые, но совершенно ненужные вещи. Дополнительные потоки, в которых нет крайней необходимости, лишь замедляют работу приложения и существенно усложняют его. Чтобы поддержать производительность приложения на высоком уровне, разработчики группового проекта должны продумать способ, позволяющий эффективно распределять задачи между конечным числом потоков или устанавливать очередность их выполнения.
А теперь — хорошие новости. Фоновые потоки могут быть весьма полезными. Благодаря фоновым потокам вы можете организовать в одном приложении несколько потоков выполнения команд приложения. Микропроцессор предоставляет каждому потоку квант времени для выполнения, и еще некоторое время тратится на переключение между потоками. Несмотря на то что общее количество инструкций программы, выполненных несколькими параллельными потоками, всегда будет меньше, чем в случае их выполнения единственным потоком, которому предоставлены все кванты времени, два потока могут решать параллельно разные задачи. Иногда такая возможность оказывается весьма ценной.
Дополнительные один-два потока могут улучшить способность вашего приложения к отклику за счет того, что задачи можно выполнять в фоновом режиме, а высокоприоритетный поток переднего плана оставить для обеспечения обратной связи приложения с пользователем. В качестве аналогии рассмотрим пример гостиницы. Чтобы гостиница функционировала
Если в приложении имеются длительно выполняющиеся алгоритмы, завершение которых необходимо для получения аналитического ответа, то фоновый поток является великолепным кандидатом для выполнения этой работы. Так, в процессе алгоритмического выбора следующего хода в шахматной игре значительное время тратится на сравнение различных вариантов ходов; фоновый поток отлично справится с такой работой. Если вы на 90 процентов уверены в том, что пользователь каждый раз будет запрашивать определенную фотографию или порцию данных, которые загружаются несколько секунд или требуют сетевого доступа, то заблаговременное выполнение этой работы фоновым потоком будет производить на пользователя ошеломляющий эффект. Существует масса других поводов к тому, чтобы использовать в приложении фоновые потоки для улучшения ответной реакции пользовательского интерфейса в конкретных случаях. Фоновые потоки могут использоваться либо для запуска долговременных алгоритмов в ответ на запрос пользователя, либо для предварительного извлечения данных или выполнения вычислений, исходя из прогнозируемых потребностей пользователя.
Многозадачность и многопоточность в современных операционных системах
Существующие на сегодняшний день современные многозадачные операционные системы позволяют использовать микропроцессор как разделяемый ресурс. Микропроцессорное время распределяется между различными задачами таким образом, что с точки зрения задачи она является единственным владельцем этого ресурса. Это называется многозадачностью, а на выполняемые задачи ссылаются как на процессы. В каждый момент времени на вашем мобильном устройстве выполняются, вероятно, одновременно несколько задач. Скорее всего, количество этих задач больше, чем вы могли бы думать. Некоторые из них обслуживают низкоуровневые потребности, так что "приложениями" вы их даже и не назовете, тогда как другие представляют собой хорошо знакомые вам программы. Время от времени операционная прерывает выполнение задачи в некоторой точке и передает управление другому ожидающему процессу или потоку. Все это хорошо работает, поскольку большую часть времени приложения ничем особенным не заняты; обычно они просто ожидают какого-либо ввода, который необходимо будет обработать. Если же каждый из процессов приложения использует все отведенное для него процессорное время для вычисления значения числа ??!pi□ с бесконечной точностью, то общая производительность значительно страдает. Многозадачность оправдывается тогда, когда значительную часть времени возможности микропроцессора используется в недостаточной степени.
Вопрос о справедливом распределении процессорного времени между различными процессами и потоками — это особая тема, на обсуждение которой потребовалась бы целая книга. Достаточно сказать, что процессорное время распределяется между различными задачами, конкурирующими между собой за обладание этим ресурсом, на основании неких разумных принципов.
Передача управления от одного процесса к другому сопряжена с так называемым переключением контекста. Поскольку каждому процессу приложения кажется, будто он является единственным владельцем микропроцессора, при передаче управления от одного процесса другому должен осуществляться свопинг всех используемых данных. Свопинг охватывает регистры микропроцессора, программный счетчик и указатели виртуальной памяти, а если используется конвейер команд, помещаемых в очередь, или же кэш-память, связанная с микропроцессором, то обработке подлежат и эти данные. Переключение контекста обходится недешево. Чем больше процессов выполняется на устройстве или чем меньше квант времени, выделяемый каждому процессу для выполнения, тем больше доля времени, которое тратится на переключение от одного процесса к другому.
Поскольку обработка операционной системой контекстных переключений между задачами является дорогостоящей, большинство современных систем поддерживают многопоточность, которая представляет собой упрощенную форму многозадачности. Многопоточность обеспечивает поддержку нескольких потоков выполнения внутри одного процесса. Переключение контекста выполнения между различными потоками обходится дешевле, чем переключение контекстов процессов. Однако переключение контекстов потоков также не дается бесплатно. Определенные накладные расходы требуются для изменения исполнительного адреса, свопинга регистровых значений, а также других вспомогательных операций, обеспечивающих гладкое протекание вычислений.