【转】C#异步的社会风气【上】

【转】C#异步的世界【上】

新进阶的程序员可能对async、await用得较多,却对前面的异步了解很少。本人就是是此类,因此打算回顾上下异步的进化史。 

本文主要是回顾async异步模式之前的异步,下篇文章还来第一分析async异步模式。

APM

APM 异步编程模型,Asynchronous Programming Model

早在C#1底早晚便发生了APM。虽然不是好熟稔,但是多少要展现了的。就是那些看似是BeginXXX和EndXXX的艺术,且BeginXXX返回值是IAsyncResult接口。

以规范写APM示例之前我们事先给起同段落一块代码

//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!";
}

【说明】为了更好之以身作则异步效果,这里我们应用winform程序来开示范。(因为winform始终犹要UI线程渲染界面,如果被UI线程占用则会现出“假死”状态)

【效果图】

海洋世界 1

在押图得知:

  • 咱俩以执行方式的时候页面出现了“假死”,拖不动了。
  • 咱们看来打印结果,方法调用前以及调用后线程ID还是9(也就是和一个线程)

下面我们重来演示对应之异步方法:(BeginGetResponse、EndGetResponse所谓的APM异步模型)

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); 
}

【效果图】

 海洋世界 2

圈图得知:

  • 启用异步方法并没有是UI界面卡死
  • 异步方法启动了另外一个ID为12的线程

点代码执行顺序:

海洋世界 3

前我们说罢,APM的BebinXXX必须回到IAsyncResult接口。那么接下我们解析IAsyncResult接口:

第一我们看:

海洋世界 4

真的返回的凡IAsyncResult接口。那IAsyncResult到底长的啊法?:

海洋世界 5

连无想像着之那复杂嘛。我们是不是可以品尝这贯彻这个接口,然后显示自己的异步方法吧?

首先得一个类MyWebRequest,然后继续IAsyncResult:(下面是骨干的伪代码实现)

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(); }
    }
}

然定是未能够因此的,起码也得起个存回调函数的习性吧,下面我们稍事改造下:

海洋世界 6

接下来我们得以于定义APM异步模型了:(成对的Begin、End)

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;
}

调用如下:

 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);
 }

效果图:

海洋世界 7

咱看到自己实现的法力基本上与体系提供的多。

  • 启用异步方法并从未是UI界面卡死
  • 异步方法启动了另外一个ID为11底线程

【总结】

个体认为APM异步模式就是是启用另外一个线程执行耗时任务,然后经回调函数执行后续操作。

APM还足以经过其它方获得值,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:如果是屡见不鲜方法,我们也堪通过信托异步:(BeginInvoke、EndInvoke)

 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); 
 }

EAP

EAP 基于事件的异步模式,Event-based Asynchronous Pattern

这模式于C#2底下光顾。

先行来拘禁个EAP的例子:

 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);
 }

 

【效果图】(同样未会见阻塞UI界面)

海洋世界 8

【特征】

  • 经波的艺术注册回调函数
  • 透过 XXXAsync方法来实施异步调用

事例十分简短,但是与APM模式相比,是勿是尚未那清晰透明。为什么可以这样实现?事件之注册是于关系嘛?为什么执行RunWorkerAsync会触发注册的函数?

感觉到好同时想多了…

咱们试试着倒编译看看源码:

海洋世界 9

 只想说,这么玩,有意思啊?

TAP

TAP 基于任务的异步模式,Task-based Asynchronous Pattern

交目前为止,我们当上面的APM、EAP异步模式好用吗?好像没有发觉什么问题。再精心想想…如果我们来多个异步方法要以先后顺序执行,并且要(在主进程)得到有返回值。

率先定义三独委托:

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;
    });
}

下一场以一定顺序执行:

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);
} 

除外难看、难读一些好像也并未什么 。不过真正是如此为?

海洋世界 10

asyncResult2是null?
有鉴于此在成功第一只异步操作前未曾指向asyncResult2进行赋值,asyncResult2执行异步等待的时光报好。那么这么我们不怕无法控制三只异步函数,按照一定顺序执行得后重新以到回值。(理论及要产生另外方的,只是会然代码更加复杂)

 

正确,现在欠我们的TAP登场了。

海洋世界 11

单单待调用Task类的静态方法Run,即可轻松使用异步。

得到返回值:

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);

兹我们处理点多独异步按次执行:

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);

[效果图]

海洋世界 12

我们见到,结果尚且得到了,且是异步按次序执行之。且代码的逻辑思路好清楚。如果你感触还免是老怪,那么您现象如果是100单异步方法需要异步按程序执行呢?用APM的异步回调,那至少为得异步回调嵌套100不行。那代码的复杂度可想而知。

 

延长思考

  • WaitOne就等的原理

  • 异步为什么会提升性能

  • 线程的动数据和CPU的使用率有肯定的联络呢

 

问题1:WaitOne完成等的法则

在此之前,我们事先来大概的询问下多线程信号控制AutoResetEvent类。

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

这代码会当 WaitOne 的地方会面直接等候下。除非有另外一个线程执行 AutoResetEvent 的set方法。

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

这样,到了 WaitOne 就可直接执行下去。没有起其它等待。

现行咱们针对APM 异步编程模型中的 WaitOne 等待是休是知情了接触啊也。我们回头来实现之前从定义异步方法的异步等待。

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;
    }
}

红代码就是增创的异步等待。

【执行步骤】

海洋世界 13

 

问题2:异步为什么会提升性能

按部就班同代码:

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

这个代码需要20秒。

使是异步:

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();

这么就假设10秒了。这样即便节约了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();

异步执行中没有耗时的代码那么这样的异步将凡未曾意思的。

或者:

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

管耗时任务在异步等待后,那这样的代码也是无会见来总体性提升的。

还有一样种植状态:

假使是单核CPU进行高密集运算操作,那么异步也是未曾意义的。(因为运算是甚耗CPU,而网络要等待不耗CPU)

 

问题3:线程的动数据与CPU的使用率有肯定的沟通为

答案是否。

要么以就对做要。

情况1:

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

单核下,我们只有启动一个线程,就得吃你CPU爆满。

海洋世界 14海洋世界 15

启航八不好,八历程CPU基本满员。

情况2:

海洋世界 16

海洋世界 17

一千多只线程,而CPU的使用率还是0。由此,我们沾了事先的结论,线程的下数据和CPU的使用率没有一定之联络。

虽然这样,但是呢未克毫无节制的被线程。因为:

  • 被一个初的线程的进程是较耗资源的。(可是使用线程池,来下滑开启新线程所耗费的资源)
  • 差不多线程的切换为是内需时日的。
  • 每个线程占用了定的内存保存线程上下文信息。

 

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

正文就同步至索引目录:《C#基础知识巩固》

对此异步编程了解未坏,文中极生或大多处于错误描述和见地。

谢广大园友的指正。

针对相互讨论的目的,绝无想要误导大家之意。

 

【推荐】

http://www.cnblogs.com/wisdomqq/archive/2012/03/26/2412349.html