Windows為什麼要支援執行緒？

在計算機的早期歲月，作業系統沒有提供執行緒的概念。事實上，整個系統只執行著一個執行執行緒，其中同時包含作業系統程式碼和應用程式程式碼。只用一個執行執行緒的問題在於，長時間執行的任務會阻止其他任務執行。例如，在16位Windows的那些日子，列印一個文件的應用程式很容易“凍結”整個機器，造成OS和其他應用程式停止響應。有的應用程式含有bug，會造成無線迴圈，這同樣會造成整個機器停止工作。

所以Microsoft計劃構建一個新的OS來滿足企業和個人的需要。這個新OS必須健壯，可靠，易於伸縮以及安全，而且它必須改進16位Windows的許多不足。

Microsoft設計這個OS核心時，他們決定在一個程序（process）中執行應用程式的每個例項。程序不過是應用程式一個例項要使用的資源的集合。每個程序都被賦予了一個虛擬地址空間，確保一個程序使用的程式碼和資料無法被另一個程序訪問。這就確保了應用程式的健壯性。除此以外，OS的核心程式碼和資料是程序無法訪問的，所以應用程式程式碼破壞不了作業系統程式碼和資料。

如果機器只有一個CPU，它會執行無線迴圈，不能執行其他任何東西。所以，雖然無法被破壞，而且更安全，但系統仍然可能停止響應。Microsoft需要修正這個問題，他們拿出的方案就是執行緒。執行緒（thread）的職責是對CPU的虛擬化。Windows為每個程序都提供了該程序專用的執行緒（功能相當與一個CPU，可將執行緒理解為一個邏輯CPU）。如果應用程式的程式碼進入無限迴圈，與那個程式碼關聯的程序會“凍結”，但其他程序（它們有自己的執行緒）不會凍結：它們會繼續執行！

執行緒開銷

上下文切換

單CPU的計算機一次只能做一件事情。所以Windows必須在系統的所有執行緒（邏輯CPU）之間共享物理CPU。

在任何給定的時刻，Windows只將一個執行緒分配給一個CPU。那個執行緒允許執行一個“時間片”。一旦時間片到期，Windows就上下文切換到另一個執行緒，大概每30ms執行一個上下文切換。Windows通過執行上下文切換，向用戶提供一個健壯的，響應靈敏的作業系統。

應該指出的是，安裝多個CPU的計算機課可以真正地同時執行幾個執行緒，這提升了應用程式的可伸縮性（在少量時間裡做更多工作的能力）。Windows為每個CPU核心都分配一個執行緒，每個核心都自己執行到其他執行緒的上下文切換。Windows確保單個執行緒不會同時在多個核心上排程，因為這回帶來巨大的混亂。

前臺執行緒和後臺執行緒

CLR將每個執行緒要麼視為前臺執行緒，要麼視為後臺執行緒。一個程序的所有前臺執行緒停止執行時，CLR將強制終止仍在執行的後臺執行緒。這些後臺執行緒會被直接終止，不會丟擲異常。

因此，前臺執行緒應該用於執行確實想要完成的任務，比如將資料從記憶體儲存到資料庫。另外，對非關鍵的任務使用後臺執行緒，比如重新計算今天的訂單額度等。這是由於這些工作能在程式重啟後繼續。

CLR要提供前臺執行緒和後臺執行緒的概念來更好地支援AppDomain。每個AppDomain都可以執行一個單獨的應用程式，每個應用程式都有它自己的前臺執行緒。如果一個應用程式退出，造成它前後臺執行緒終止，則CLR仍要保持活動並執行，使其他應用程式繼續執行。

應用程式的主執行緒以及通過構造一個Thread物件來顯示建立任何執行緒都預設為前臺執行緒。另一方面，執行緒池預設為後臺執行緒。此外，由進入托管執行環境的本地（native）程式碼建立的任何執行緒都被標記為後臺執行緒。

以上內容來自《CLR via C#》