随着多核处理器变得越来越常见，软件开发人员就需要构建多线程应用程序，从而利用更多的处理能力来实现更高的性能。借助并行线程的强大功能，您可以将整个工作划分为多项单独的任务，并以并行模式执行这些任务。
但是，线程经常需要相互通信才能完成任务；而且根据算法或数据访问的要求，有时还需要同步线程的行为。例如，应该以互斥的方式授予线程对同一数据的同时写访问权限，以避免数据损坏。
同步操作通常是通过使用共享的同步对象来完成的。对于获得该对象的线程，将授予其对敏感代码或数据的共享或独占访问权限。当不再需要访问权限时，该线程将放弃所有权，而其他线程就可以尝试获取访问权限。根据所使用的同步类型，同时请求所有权可能会使多个线程能够同时访问共享资源，也可能会阻止某些线程，直到共享对象从上一次获取中释放为止。具体的示例包括：C/C++ 中使用 EnterCriticalSection 和 LeaveCriticalSection 访问例程的关键部分，C/C++ 中的 WaitForSingleObject 函数，以及 C# 中的锁定语句和 Monitor 类。
选择同步机制时必须谨慎，因为不恰当的线程同步不但不能提高性能，反而会降低性能，这与多线程的目标背道而驰。因此，能否检测由于锁争用没有进展而导致线程被阻止的情况，就显得愈加重要。
Visual Studio 2010 中的性能工具包含一种新的分析方法“资源争用分析”，此方法有助于检测线程间的并发争用。在 John Robbins 的 Wintellect 博客文章中，您可以看到对此功能的精彩简介，其网址为：wintellect.com/CS/blogs/jrobbins/archive/2009/10/19/vs-2010-beta-2-concurrency-resource-profiling-in-depth-first-look.aspx。
在本文中，我将演练一个争用分析调查，并讲解可以使用 Visual Studio 2010 IDE 和命令行工具收集的数据。此外，还将向您展示如何在 Visual Studio 2010 中分析数据，您会看到，在执行争用调查时，如何从一个分析视图切换到另一个分析视图。然后，我会修改代码，并将修改过的应用程序的分析结果与原来的分析结果进行比较，验证所做的修改确实减少了争用的数量。
从问题开始
作为示例，我将使用 Hazim Shafi 在其博客文章“性能模式 1：识别锁争用”(blogs.msdn.com/hshafi/archive/2009/06/19/performance-pattern-1-identifying-lock-contention.aspx) 中使用的同一个矩阵乘法应用程序。尽管代码示例是用 C++ 编写的，但是我讨论的概念同样适用于托管代码。
示例矩阵乘法应用程序使用多个线程对两个矩阵执行乘法操作。每个线程都将承担一部分工作，并运行以下代码段：
for (i = myid*PerProcessorChunk;
i < (myid+1)*PerProcessorChunk;
i++) {
EnterCriticalSection(&mmlock);
for (j=0; j<SIZE; j++) {
for (k=0; k<SIZE; k++) {
C[i][j] += A[i][k]*B[k][j];
}
}
LeaveCriticalSection(&mmlock);
}
每个线程都有自己的 ID (myid)，并且负责使用矩阵 A 和 B 作为输入，来计算结果矩阵 C 中的行数（一行或多行）。深入的代码检测表明，没有发生真正引起歧义的写共享，每个线程都写入 C 的不同行。然而，开发人员还是决定使用关键部分来保证对矩阵的赋值。我要感谢开发人员的这个决定，因为这给了我一个好机会，来展示新的 Visual Studio 2010 性能工具能够轻松发现冗余的同步。
分析数据集合
假设您有一个 Visual Studio 项目，其中的代码如上文所示（但这不是必需的，因为您可以将分析器连接到任何一个处在运行中的应用程序），您单击“分析”菜单上的“启动分析向导”开始进行争用分析。
在该向导的第一个页面上（如图 1 所示），选择“并发”，并确保选中“收集资源争用数据”选项。请注意，资源争用并发分析适用于任何版本的 Windows 操作系统。但“显示多线程应用程序的行为”选项仅适用于 Windows Vista 或 Windows 7。
图 11 性能资源管理器的分析控件
Visual Studio UI 能够自动执行收集分析数据所需的多个步骤。但也可以使用命令行工具来收集分析数据，这种方法对于自动化操作和脚本很有用。
若要在争用分析模式下启动应用程序，请打开 Visual Studio 命令提示符（它将所有的分析器二进制文件都放到您的路径中，无论是 x86 还是 x64 工具），然后执行以下输入操作：
VSPerfCmd.exe /start:CONCURRENCY,RESOURCEONLY /output:<您的输出文件>
VSPerfCmd.exe /launch:<您的应用程序> /args:"<您的应用程序参数>"
运行您的方案
VSPerfCmd.exe /detach
如果您的应用程序已终止，则此步骤不是必需的，但此步骤没有任何危害，因此您可以将其添加到脚本中。
VSPerfCmd.exe /shutdown
现在，您可以在 Visual Studio 中打开 YourOutputFile.VSP 进行分析了。
如果您的应用程序已经在运行中，则可以按照以下步骤将分析器连接到该应用程序：
VSPerfCmd.exe /start:CONCURRENCY,RESOURCEONLY /output:<您的输出文件>
VSPerfCmd.exe /attach:<PID 或进程名称>
运行您的方案
VSPerfCmd.exe /detach
VSPerfCmd.exe /shutdown
有关可用命令行选项的更详细说明，请访问以下网址：msdn.microsoft.com/library/bb385768(VS.100)。
您可以利用多种 Visual Studio 视图来深入检查所收集的数据。有些视图会显示应用程序生命周期的整体概况，而另一些视图则专门显示特定的争用，您可以使用您认为最有用的视图。
当您对分析结果进行分析时，可以借助超链接、双击或上下文菜单在不同视图之间切换，也可以通过下拉菜单直接切换到任何可用的视图。图 12 简要介绍了每种视图。
图 12 分析视图
视图 说明
摘要 “摘要”信息为您的调查提供了一个良好的起点。这是您看到的第一个视图。当分析会话结束且结果文件准备就绪之后，它会自动打开。
调用树 一个聚集了所有争用堆的调用树。您可以在此看到是哪些堆导致了争用。
模块 一个模块列表，这些模块所包含的每个函数都导致了一个争用。每个模块都包含相关函数的列表以及检测到的争用次数。
调用方/被调用方 包含三个面板的视图，这些面板分别显示函数 F、调用 F 的所有函数，以及 F 调用的所有函数（当然，仅限导致争用的调用）。
函数 在任何争用堆上检测到的所有函数及其相关数据的列表。
行 源代码中的函数行。
资源详细信息 关于特定资源（例如锁）的详细信息，将显示应用程序生命周期内被该资源阻止的所有线程。
线程详细信息 关于特定线程的详细信息，将显示阻止该线程的所有资源（例如锁）。
争用 与调用树视图相似，但在此处，调用树是按争用资源划分的。也就是说，此视图将显示一组调用树，每个树分别包含被某种特定资源阻止的堆。
标记 自动和手动记录的标记列表，其中每个标记都关联了其时间戳以及 Windows 计数器的值。
进程 经检查的进程列表，其中每个进程都具有其线程列表，而每个线程都显示其经历的争用次数以及被阻止的总时间长度。
函数详细信息 关于特定函数的详细信息，包括它调用的函数以及收集的数据。
IP 发生争用的指令指针的列表（即，诸如 EnterCriticalSection、WaitForSingleObject 等之类函数的列表，因为这是争用实际发生的位置）。
借助 Visual Studio 中新的资源争用分析功能，您可以发现由于在代码中使用线程同步而导致的性能问题，并能够在运行时通过更改、减少或消除不必要的同步来提高应用程序的性能。
