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C#多線程與異步的區(qū)別詳解

發(fā)布時(shí)間:2020-09-10 03:21:39 來(lái)源:腳本之家 閱讀:137 作者:lqh 欄目:編程語(yǔ)言

C#多線程與異步的區(qū)別詳解

隨著擁有多個(gè)硬線程 CPU(超線程、雙核)的普及,多線程和異步操作等并發(fā)程序設(shè)計(jì)方法也受到了更多的關(guān)注和討論。本文主要是想與各位高手一同探討一下如何使用并發(fā)來(lái)最大化程序的性能。

多線程和異步操作的異同

多線程和異步操作兩者都可以達(dá)到避免調(diào)用線程阻塞的目的,從而提高軟件的可響應(yīng)性。甚至有些時(shí)候我們就認(rèn)為多線程和異步操作是等同的概念。但是,多線程和異步操作還是有一些區(qū)別的。而這些區(qū)別造成了使用多線程和異步操作的時(shí)機(jī)的區(qū)別。

異步操作的本質(zhì)

所有的程序最終都會(huì)由計(jì)算機(jī)硬件來(lái)執(zhí)行,所以為了更好的理解異步操作的本質(zhì),我們有必要了解一下它的硬件基礎(chǔ)。 熟悉電腦硬件的朋友肯定對(duì) DMA 這個(gè)詞不陌生,硬盤、光驅(qū)的技術(shù)規(guī)格中都有明確 DMA 的模式指標(biāo),其實(shí)網(wǎng)卡、聲卡、顯卡也是有 DMA 功能的。DMA 就是直接內(nèi)存訪問的意思,也就是說,擁有 DMA 功能的硬件在和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的時(shí)候可以不消耗 CPU 資源。只要 CPU 在發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)送一個(gè)指令,硬件就開始自己和內(nèi)存交換數(shù)據(jù),在傳輸完成之后硬件會(huì)觸發(fā)一個(gè)中斷來(lái)通知操作完成。這些無(wú)須消耗 CPU 時(shí)間的 I/O 操作正是異步操作的硬件基礎(chǔ)。所以即使在 DOS 這樣的單進(jìn)程(而且無(wú)線程概念)系統(tǒng)中也同樣可以發(fā)起異步的 DMA 操作。

線程的本質(zhì)

線程不是一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件的功能,而是操作系統(tǒng)提供的一種邏輯功能,線程本質(zhì)上是進(jìn)程中一段并發(fā)運(yùn)行的代碼,所以線程需要操作系統(tǒng)投入 CPU 資源來(lái)運(yùn)行和調(diào)度。

異步操作的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

因?yàn)楫惒讲僮鳠o(wú)須額外的線程負(fù)擔(dān),并且使用回調(diào)的方式進(jìn)行處理,在設(shè)計(jì)良好的情況下,處理函數(shù)可以不必使用共享變量(即使無(wú)法完全不用,最起碼可以減少共享變量的數(shù)量),減少了死鎖的可能。當(dāng)然異步操作也并非完美無(wú)暇。編寫異步操作的復(fù)雜程度較高,程序主要使用回調(diào)方式進(jìn)行處理,與普通人的思維方式有些初入,而且難以調(diào)試。

多線程的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

多線程的優(yōu)點(diǎn)很明顯,線程中的處理程序依然是順序執(zhí)行,符合普通人的思維習(xí)慣,所以編程簡(jiǎn)單。但是多線程的缺點(diǎn)也同樣明顯,線程的使用(濫用)會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)上下文切換的額外負(fù)擔(dān)。并且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現(xiàn)。

適用范圍

在了解了線程與異步操作各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)之后,我們可以來(lái)探討一下線程和異步的合理用途。我認(rèn)為:當(dāng)需要執(zhí)行 I/O 操作時(shí),使用異步操作比使用線程加同步 I/O 操作更合適。I/O 操作不僅包括了直接的文件、網(wǎng)絡(luò)的讀寫,還包括數(shù)據(jù)庫(kù)操作、Web Service、HttpRequest 以及 .Net Remoting 等跨進(jìn)程的調(diào)用。

而線程的適用范圍則是那種需要長(zhǎng)時(shí)間 CPU 運(yùn)算的場(chǎng)合,例如耗時(shí)較長(zhǎng)的圖形處理和算法執(zhí)行。但是往往由于使用線程編程的簡(jiǎn)單和符合習(xí)慣,所以很多朋友往往會(huì)使用線程來(lái)執(zhí)行耗時(shí)較長(zhǎng)的 I/O 操作。這樣在只有少數(shù)幾個(gè)并發(fā)操作的時(shí)候還無(wú)傷大雅,如果需要處理大量的并發(fā)操作時(shí)就不合適了。

實(shí)例研究

說了那么理論上的東西,可能有些兄弟早就不耐煩了,現(xiàn)在我們來(lái)研究幾個(gè)實(shí)際的異步操作例子吧。

實(shí)例1:由 delegate 產(chǎn)生的異步方法到底是怎么回事?

大家可能都知道,使用 delegate 可以“自動(dòng)”使一個(gè)方法可以進(jìn)行異步的調(diào)用。從直覺上來(lái)說,我覺得是由編譯器或者 CLR 使用了另外的線程來(lái)執(zhí)行目標(biāo)方法。到底是不是這樣呢?讓我們來(lái)用一段代碼證明一下吧。

using System;
using System.Threading;
 
namespace AsyncDelegateDemo
{
 delegate void AsyncFoo(int i);
 class Program
 {
  ///<summary>
  /// 輸出當(dāng)前線程的信息
  ///</summary>
  ///<param name="name">方法名稱</param>
 
  static void PrintCurrThreadInfo(string name)
  {
   Console.WriteLine("Thread Id of " + name + " is: " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ", current thread is "
            + (Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread ? "" : "not ")
            + "thread pool thread.");
  }
 
  ///<summary>
  /// 測(cè)試方法,Sleep一定時(shí)間
  ///</summary>
  ///<param name="i">Sleep的時(shí)間</param>
  static void Foo(int i)
  {
   PrintCurrThreadInfo("Foo()");
   Thread.Sleep(i);
  }
 
  ///<summary>
  /// 投遞一個(gè)異步調(diào)用
  ///</summary>
  static void PostAsync()
  {
   AsyncFoo caller = new AsyncFoo(Foo);
   caller.BeginInvoke(1000, new AsyncCallback(FooCallBack), caller);
  }
 
  static void Main(string[] args)
  {
   PrintCurrThreadInfo("Main()");
   for(int i = 0; i < 10 ; i++)
   {
    PostAsync();
   }
   Console.ReadLine();
  }
 
  static void FooCallBack(IAsyncResult ar)
  {
   PrintCurrThreadInfo("FooCallBack()");
   AsyncFoo caller = (AsyncFoo) ar.AsyncState;
   caller.EndInvoke(ar);
  }
 }
}

這段代碼代碼的輸出如下:

Thread Id of Main() is: 1, current thread is not thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 4, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 5, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 4, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 4, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 6, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 5, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 5, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 7, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread.
Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 4, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 6, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 5, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 7, current thread is thread pool thread.
Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread.

從輸出可以看出,.net 使用 delegate 來(lái)“自動(dòng)”生成的異步調(diào)用是使用了另外的線程(而且是線程池線程)。

感謝閱讀,希望能幫助到大家,謝謝大家對(duì)本站的支持!

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