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2017.10.12 C#多執行緒與非同步的區別

最近在寫個多執行緒處理的程式,又重新溫習了一下相關知識,記錄在這裡。

C#多執行緒與非同步的區別
原文地址:http://kb.cnblogs.com/page/116095/
多執行緒和非同步操作的異同
  多執行緒和非同步操作兩者都可以達到避免呼叫執行緒阻塞的目的,從而提高軟體的可響應性。甚至有些時候我們就認為多執行緒和非同步操作是等同的概念。但是,多執行緒和非同步操作還是有一些區別的。而這些區別造成了使用多執行緒和非同步操作的時機的區別。
  非同步操作的本質
  所有的程式最終都會由計算機硬體來執行,所以為了更好的理解非同步操作的本質,我們有必要了解一下它的硬體基礎。 熟悉電腦硬體的朋友肯定對DMA這個詞不陌生,硬碟、光碟機的技術規格中都有明確DMA的模式指標,其實網絡卡、音效卡、顯示卡也是有DMA功能的。DMA就是直接記憶體訪問的意思,也就是說,擁有DMA功能的硬體在和記憶體進行資料交換的時候可以不消耗CPU資源。只要CPU在發起資料傳輸時傳送一個指令,硬體就開始自己和記憶體交換資料,在傳輸完成之後硬體會觸發一箇中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是非同步操作的硬體基礎。所以即使在DOS這樣的單程序(而且無執行緒概念)系統中也同樣可以發起非同步的DMA操作。
  執行緒的本質
  執行緒不是一個計算機硬體的功能,而是作業系統提供的一種邏輯功能,執行緒本質上是程序中一段併發執行的程式碼,所以執行緒需要作業系統投入CPU資源來執行和排程。
  非同步操作的優缺點
  因為非同步操作無須額外的執行緒負擔,並且使用回撥的方式進行處理,在設計良好的情況下,處理函式可以不必使用共享變數(即使無法完全不用,最起碼可以減少共享變數的數量),減少了死鎖的可能。當然非同步操作也並非完美無暇。編寫非同步操作的複雜程度較高,程式主要使用回撥方式進行處理,與普通人的思維方式有些初入,而且難以除錯。
  多執行緒的優缺點
  多執行緒的優點很明顯,執行緒中的處理程式依然是順序執行,符合普通人的思維習慣,所以程式設計簡單。但是多執行緒的缺點也同樣明顯,執行緒的使用(濫用)會給系統帶來上下文切換的額外負擔。並且執行緒間的共享變數可能造成死鎖的出現。
  適用範圍
  在瞭解了執行緒與非同步操作各自的優缺點之後,我們可以來探討一下執行緒和非同步的合理用途。我認為:當需要執行I/O操作時,使用非同步操作比使用執行緒+同步I/O操作更合適。I/O操作不僅包括了直接的檔案、網路的讀寫,還包括資料庫操作、Web Service、HttpRequest以及.Net Remoting等跨程序的呼叫。
  而執行緒的適用範圍則是那種需要長時間CPU運算的場合,例如耗時較長的圖形處理和演算法執行。但是往往由於使用執行緒程式設計的簡單和符合習慣,所以很多朋友往往會使用執行緒來執行耗時較長的I/O操作。這樣在只有少數幾個併發操作的時候還無傷大雅,如果需要處理大量的併發操作時就不合適了。
  例項研究
  說了那麼理論上的東西,可能有些兄弟早就不耐煩了,現在我們來研究幾個實際的非同步操作例子吧。
  例項1:由delegate產生的非同步方法到底是怎麼回事?
  大家可能都知道,使用delegate可以”自動”使一個方法可以進行非同步的呼叫。從直覺上來說,我覺得是由編譯器或者CLR使用了另外的執行緒來執行目標方法。到底是不是這樣呢?讓我們來用一段程式碼證明一下吧。
  

using System;
using System.Threading;

namespace AsyncDelegateDemo
{
  delegate void AsyncFoo(int i);
  class Program
  {
    ///<summary>
    /// 輸出當前執行緒的資訊
    ///</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> /// 測試方法,Sleep一定時間 ///</summary> ///<param name="i">Sleep的時間</param> static
void Foo(int i) { PrintCurrThreadInfo("Foo()"); Thread.Sleep(i); } ///<summary> /// 投遞一個非同步呼叫 ///</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); } } }

這段程式碼程式碼的輸出如下:

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”自動”生成的非同步呼叫是使用了另外的執行緒(而且是執行緒池執行緒)。