异步的世界

翻阅目录

 

新进级的技士也许对async、await用得比超级多,却对后边的异步领悟吗少。自身正是此类,由此筹算回看学习下异步的演化史。 

本文重即使回看async异步方式早前的异步,下篇小说再来入眼深入分析async异步方式。

APM

APM 异步编制程序模型,Asynchronous Programming Model

早在C#1的时候就有了APM。固然不是很熟练,不过多少仍然见过的。正是那么些类是BeginXXX和EndXXX的措施,且BeginXXX重临值是IAsyncResult接口。

在正式写APM示例早前大家先交付意气风发段同步代码:

图片 1

//1、同步方法
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{          
    Debug.WriteLine("【Debug】线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

    var request = WebRequest.Create("https://github.com/");//为了更好的演示效果,我们使用网速比较慢的外网
    request.GetResponse();//发送请求    

    Debug.WriteLine("【Debug】线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    label1.Text = "执行完毕!";
}

图片 2

【表明】为了更加好的亲自去做异步效果,这里大家选取winform程序来做示范。(因为winform始终都急需UI线程渲染分界面,借使被UI线程占用则会冒出“假死”状态)

【效果图】

图片 3

看图获知:

  • 我们在实行措施的时候页面现身了“假死”,拖不动了。
  • 咱们看来打字与印刷结果,方法调用前和调用后线程ID都以9(也等于同四个线程)

上面我们再来演示对应的异步方法:(BeginGetResponse、EndGetResponse所谓的APM异步模型)

图片 4

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //1、APM 异步编程模型,Asynchronous Programming Model
    //C#1[基于IAsyncResult接口实现BeginXXX和EndXXX的方法]             
    Debug.WriteLine("【Debug】主线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

    var request = WebRequest.Create("https://github.com/");
    request.BeginGetResponse(new AsyncCallback(t =>//执行完成后的回调
    {
        var response = request.EndGetResponse(t);
        var stream = response.GetResponseStream();//获取返回数据流 

        using (StreamReader reader = new StreamReader(stream))
        {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            while (!reader.EndOfStream)
            {
                var content = reader.ReadLine();
                sb.Append(content);
            }
            Debug.WriteLine("【Debug】" + sb.ToString().Trim().Substring(0, 100) + "...");//只取返回内容的前100个字符 
            Debug.WriteLine("【Debug】异步线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            label1.Invoke((Action)(() => { label1.Text = "执行完毕!"; }));//这里跨线程访问UI需要做处理
        }
    }), null);

    Debug.WriteLine("【Debug】主线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 
}

图片 5

【效果图】

 图片 6

看图获悉:

  • 启用异步方法并从未是UI分界面卡死
  • 异步方法运营了其余贰个ID为12的线程

地点代码推行顺序:

图片 7

最近大家说过,APM的BebinXXX必需回到IAsyncResult接口。那么接下去大家解析IAsyncResult接口:

第风度翩翩大家看:

图片 8

实在再次回到的是IAsyncResult接口。那IAsyncResult到底长的什么样体统?:

图片 9

并从未想象中的那么复杂嘛。大家是不是能够尝试那得以达成这个接口,然后展现本人的异步方法吧?

第一定叁个类MyWebRequest,然后继续IAsyncResult:(下边是骨干的伪代码实现)

图片 10

public class MyWebRequest : IAsyncResult
{
    public object AsyncState
    {
        get { throw new NotImplementedException(); }
    }

    public WaitHandle AsyncWaitHandle
    {
        get { throw new NotImplementedException(); }
    }

    public bool CompletedSynchronously
    {
        get { throw new NotImplementedException(); }
    }

    public bool IsCompleted
    {
        get { throw new NotImplementedException(); }
    }
}

图片 11

那样必然是不能用的,起码也得有个存回调函数的习性吧,下边大家有个别更动下:

图片 12

然后大家得以自定义APM异步模型了:(成对的Begin、End)

图片 13

public IAsyncResult MyBeginXX(AsyncCallback callback)
{
    var asyncResult = new MyWebRequest(callback, null);
    var request = WebRequest.Create("https://github.com/");
    new Thread(() =>  //重新启用一个线程
    {
        using (StreamReader sr = new StreamReader(request.GetResponse().GetResponseStream()))
        {
            var str = sr.ReadToEnd();
            asyncResult.SetComplete(str);//设置异步结果
        }

    }).Start();
    return asyncResult;//返回一个IAsyncResult
}

public string MyEndXX(IAsyncResult asyncResult)
{
    MyWebRequest result = asyncResult as MyWebRequest;
    return result.Result;
}

图片 14

调用如下:

图片 15

 private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
 {
     Debug.WriteLine("【Debug】主线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
     MyBeginXX(new AsyncCallback(t =>
     {
         var result = MyEndXX(t);
         Debug.WriteLine("【Debug】" + result.Trim().Substring(0, 100) + "...");
         Debug.WriteLine("【Debug】异步线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
     }));
     Debug.WriteLine("【Debug】主线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 }

图片 16

效果图:

图片 17

大家看来本人达成的功效基本上和系列提供的几近。

  • 启用异步方法并从未是UI分界面卡死
  • 异步方法运营了其它多少个ID为11的线程

【总结】

个人感觉APM异步方式便是启用此外三个线程奉行耗费时间职分,然后经过回调函数实践后续操作。

APM还足以因此任何方法获得值,如:

while (!asyncResult.IsCompleted)//循环,直到异步执行完成 (轮询方式)
{
    Thread.Sleep(100);
}
var stream2 = request.EndGetResponse(asyncResult).GetResponseStream();

asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();//阻止线程,直到异步完成 (阻塞等待)
var stream2 = request.EndGetResponse(asyncResult).GetResponseStream();

 

补给:如若是数见不鲜方法,大家也足以因此信托异步:(BeginInvoke、EndInvoke)

图片 18

 public void MyAction()
 {
     var func = new Func<string, string>(t =>
     {
         Thread.Sleep(2000);
         return "name:" + t + DateTime.Now.ToString();
     });

     var asyncResult = func.BeginInvoke("张三", t =>
     {
         string str = func.EndInvoke(t);
         Debug.WriteLine(str);
     }, null); 
 }

图片 19

EAP

EAP 基于事件的异步形式,伊芙nt-based Asynchronous Pattern

此格局在C#2的时候光临。

先来看个EAP的事例:

图片 20

 private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
 {            
     Debug.WriteLine("【Debug】主线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

     BackgroundWorker worker = new BackgroundWorker();
     worker.DoWork += new DoWorkEventHandler((s1, s2) =>
     {
         Thread.Sleep(2000);
         Debug.WriteLine("【Debug】异步线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
     });//注册事件来实现异步
     worker.RunWorkerAsync(this);
     Debug.WriteLine("【Debug】主线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 }

图片 21

 

【效果图】(同样不会阻塞UI分界面)

图片 22

【特征】

  • 经过事件的情势注册回调函数
  • 通过 XXXAsync方法来施行异步调用

事例不会细小略,可是和APM情势比较,是或不是还没那么清晰透明。为啥能够这么达成?事件的挂号是在干嘛?为何实行RunWorkerAsync会触发注册的函数?

感到自个儿又想多了…

我们试着反编译看看源码:

图片 23

 只想说,这么玩,风趣吗?

TAP

TAP 基于任务的异步方式,Task-based Asynchronous Pattern

到这段时间停止,大家以为下边包车型客车APM、EAP异步方式好用啊?好像向来不察觉什么难点。再精心想想…假如我们有七个异步方法供给按前后相继顺序施行,何况要求(在主进程)获得全部再次回到值。

第一定义多少个委托:

图片 24

public Func<string, string> func1()
{
    return new Func<string, string>(t =>
    {
        Thread.Sleep(2000);
        return "name:" + t;
    });
}
public Func<string, string> func2()
{
    return new Func<string, string>(t =>
    {
        Thread.Sleep(2000);
        return "age:" + t;
    });
}
public Func<string, string> func3()
{
    return new Func<string, string>(t =>
    {
        Thread.Sleep(2000);
        return "sex:" + t;
    });
}

图片 25

下一场依据一定顺序执行:

图片 26

public void MyAction()
{
    string str1 = string.Empty, str2 = string.Empty, str3 = string.Empty;
    IAsyncResult asyncResult1 = null, asyncResult2 = null, asyncResult3 = null;
    asyncResult1 = func1().BeginInvoke("张三", t =>
    {
        str1 = func1().EndInvoke(t);
        Debug.WriteLine("【Debug】异步线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        asyncResult2 = func2().BeginInvoke("26", a =>
        {
            str2 = func2().EndInvoke(a);
            Debug.WriteLine("【Debug】异步线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            asyncResult3 = func3().BeginInvoke("男", s =>
            {
                str3 = func3().EndInvoke(s);
                Debug.WriteLine("【Debug】异步线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            }, null);
        }, null);
    }, null);

    asyncResult1.AsyncWaitHandle.WaitOne();
    asyncResult2.AsyncWaitHandle.WaitOne();
    asyncResult3.AsyncWaitHandle.WaitOne();
    Debug.WriteLine(str1 + str2 + str3);
} 

图片 27

除了这些之外难看、难读一点看似也没怎么 。不超过实际乃这么呢?

图片 28

asyncResult2是null?
有鉴于此在成就第一个异步操作在此以前并未有对asyncResult2进行赋值,asyncResult2施行异步等待的时候报这多少个。那么这样大家就不可能调整多个异步函数,根据一定顺序实施到位后再获得再次回到值。(理论上只怕有此外措施的,只是会然代码特别复杂)

 

精确,以往该大家的TAP登场了。

图片 29

只需求调用Task类的静态方法Run,就可以轻巧使用异步。

取得重回值:

图片 30

var task1 = Task<string>.Run(() =>
{
    Thread.Sleep(1500);
    Console.WriteLine("【Debug】task1 线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    return "张三";
});
//其他逻辑            
task1.Wait();
var value = task1.Result;//获取返回值
Console.WriteLine("【Debug】主 线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

图片 31

今昔大家管理地点多个异步按序推行:

图片 32

Console.WriteLine("【Debug】主 线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
string str1 = string.Empty, str2 = string.Empty, str3 = string.Empty;
var task1 = Task.Run(() =>
{
    Thread.Sleep(500);
    str1 = "姓名:张三,";
    Console.WriteLine("【Debug】task1 线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}).ContinueWith(t =>
{
    Thread.Sleep(500);
    str2 = "年龄:25,";
    Console.WriteLine("【Debug】task2 线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}).ContinueWith(t =>
{
    Thread.Sleep(500);
    str3 = "爱好:妹子";
    Console.WriteLine("【Debug】task3 线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});

Thread.Sleep(2500);//其他逻辑代码

task1.Wait();

Debug.WriteLine(str1 + str2 + str3);
Console.WriteLine("【Debug】主 线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

图片 33

[效果图]

图片 34

大家看出,结果都得到了,且是异步按序试行的。且代码的逻辑思路特别清楚。如若你感触还不是十分的大,那么您现象意气风发经是九二十一个异步方法必要异步按序执可以吗?用APM的异步回调,那起码也得异步回调嵌套玖十六回。那代码的复杂度综上可得。

 

拉开思虑

  • WaitOne完毕等待的原理

  • 异步为啥会升高品质

  • 线程的使用数据和CPU的使用率有断定的关联呢

 

主题素材1:WaitOne实现等待的准则

以前,大家先来轻易的垂询下二十四线程信号调控AutoReset伊芙nt类。

var _asyncWaitHandle = new AutoResetEvent(false);
_asyncWaitHandle.WaitOne();

此代码会在 WaitOne 的地点会直接等候下去。除非有其余贰个线程推行 AutoResetEvent 的set方法。

var _asyncWaitHandle = new AutoResetEvent(false);
_asyncWaitHandle.Set();
_asyncWaitHandle.WaitOne();

如此,到了 WaitOne 就足以一向实行下去。未有有别的等待。

近年来大家对APM 异步编制程序模型中的 WaitOne 等待是还是不是清楚了点什么呢。大家回头来得以完结早先自定义异步方法的异步等待。

图片 35

public class MyWebRequest : IAsyncResult
{
    //异步回调函数(委托)
    private AsyncCallback _asyncCallback;
    private AutoResetEvent _asyncWaitHandle;
    public MyWebRequest(AsyncCallback asyncCallback, object state)
    {
        _asyncCallback = asyncCallback;
        _asyncWaitHandle = new AutoResetEvent(false);
    }
    //设置结果
    public void SetComplete(string result)
    {
        Result = result;
        IsCompleted = true;
        _asyncWaitHandle.Set();
        if (_asyncCallback != null)
        {
            _asyncCallback(this);
        }
    }
    //异步请求返回值
    public string Result { get; set; }
    //获取用户定义的对象,它限定或包含关于异步操作的信息。
    public object AsyncState
    {
        get { throw new NotImplementedException(); }
    }
    // 获取用于等待异步操作完成的 System.Threading.WaitHandle。
    public WaitHandle AsyncWaitHandle
    {
        //get { throw new NotImplementedException(); }

        get { return _asyncWaitHandle; }
    }
    //获取一个值,该值指示异步操作是否同步完成。
    public bool CompletedSynchronously
    {
        get { throw new NotImplementedException(); }
    }
    //获取一个值,该值指示异步操作是否已完成。
    public bool IsCompleted
    {
        get;
        private set;
    }
}

图片 36

深绿代码正是骤增的异步等待。

【推行步骤】

图片 37

 

难点2:异步为啥会升高品质

譬仿佛步代码:

Thread.Sleep(10000);//假设这是个访问数据库的方法
Thread.Sleep(10000);//假设这是个访问FQ网站的方法

其一代码要求20秒。

如即使异步:

图片 38

var task = Task.Run(() =>
{
    Thread.Sleep(10000);//假设这是个访问数据库的方法
});
Thread.Sleep(10000);//假设这是个访问FQ网站的方法
task.Wait();

图片 39

如此就倘使10秒了。那样就节省了10秒。

如果是:

var task = Task.Run(() =>
{
    Thread.Sleep(10000);//假设这是个访问数据库的方法
}); 
task.Wait();

异步执行中间未有耗费时间的代码那么那样的异步将是不曾野趣的。

或者:

图片 40

var task = Task.Run(() =>
{
    Thread.Sleep(10000);//假设这是个访问数据库的方法
}); 
task.Wait();
Thread.Sleep(10000);//假设这是个访问FQ网站的方法

图片 41

把耗费时间职责放在异步等待后,那那样的代码也是不会有总体性提高的。

再有生龙活虎种景况:

假若是单核CPU实行高密集运算操作,那么异步也是尚未意义的。(因为运算是特别耗CPU,而网络央浼等待不耗CPU)

 

标题3:线程的利用数据和CPU的使用率有必然的关系呢

答案是还是不是。

要么拿单核做假使。

情况1:

图片 42

long num = 0;
while (true)
{
    num += new Random().Next(-100,100);
    //Thread.Sleep(100);
}

图片 43

单核下,大家只运转四个线程,就能够令你CPU爆满。

图片 44图片 45

启航四遍,八进程CPU基本满员。

情况2:

图片 46

图片 47

风姿洒脱千多个线程,而CPU的使用率竟然是0。由此,我们获得了事先的下结论,线程的利用数据和CPU的使用率未有必然的沟通。

就算那样,可是也不能够毫无限制的开启线程。因为:

  • 翻开二个新的线程的长河是相比较耗财富的。(可是使用线程池,来减少开启新线程所费用的能源)
  • 多线程的切换也是急需时间的。
  • 各样线程占用了自然的内部存款和储蓄器保存线程上下文消息。

 

demo:http://pan.baidu.com/s/1slOxgnF