[转]C#异步的世界【上】

读目录

 

  • APM
  • EAP
  • TAP
  • 延伸思考

新进阶的程序员可能针对async、await用得较多,却对之前的异步了解非常少。本人就是此类,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的早晚便生出了APM。虽然非是非常熟稔,但是小要展现了之。就是那些看似是BeginXXX和EndXXX的方,且BeginXXX返回值是IAsyncResult接口。

以正规写APM示例之前我们先给起同样段落共代码:

海洋世界 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!";
}

海洋世界 2

【说明】为了还好之以身作则异步效果,这里我们利用winform程序来做示范。(因为winform始终犹用UI线程渲染界面,如果吃UI线程占用则会产出“假死”状态)

【效果图】

海洋世界 3

看图得知:

  • 我们在实行方的时节页面出现了“假死”,拖不动了。
  • 咱俩看出打印结果,方法调用前和调用后线程ID都是9(也即是同一个线程)

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

海洋世界 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); 
}

海洋世界 5

【效果图】

 海洋世界 6

扣押图得知:

  • 启用异步方法并无是UI界面卡死
  • 异步方法启动了另外一个ID为12之线程

上面代码执行顺序:

海洋世界 7

前面我们说了,APM的BebinXXX必须返回IAsyncResult接口。那么连下去我们解析IAsyncResult接口:

先是我们看:

海洋世界 8

真返回的是IAsyncResult接口。那IAsyncResult到底长的什么则?:

海洋世界 9

连从未想像中的那复杂嘛。我们是否好尝试这贯彻这接口,然后显示自己之异步方法为?

率先定一个类MyWebRequest,然后继续IAsyncResult:(下面是骨干的伪代码实现)

海洋世界 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(); }
    }
}

海洋世界 11

然定是未可知为此的,起码也得发个存回调函数的习性吧,下面我们稍事改造下:

海洋世界 12

下一场我们好起定义APM异步模型了:(成对的Begin、End)

海洋世界 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;
}

海洋世界 14

调用如下:

海洋世界 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);
 }

海洋世界 16

效果图:

海洋世界 17

我们视自己实现之效应基本上跟体系提供的差不多。

  • 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的线程

【总结】

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

APM还足以经过另外方法取得值,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();

 

上:如果是通常方法,我们呢得经过委托异步:(BeginInvoke、EndInvoke)

海洋世界 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); 
 }

海洋世界 19

EAP

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

斯模式于C#2之时段光顾。

先期来拘禁个EAP的事例:

海洋世界 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);
 }

海洋世界 21

 

【效果图】(同样未会见阻塞UI界面)

海洋世界 22

【特征】

  • 透过波的道注册回调函数
  • 通过 XXXAsync方法来实行异步调用

事例十分简短,但是和APM模式相比,是勿是绝非那鲜明透明。为什么可以这样实现?事件之挂号是以涉及嘛?为什么执行RunWorkerAsync会触发注册之函数?

感到自己并且想多了…

我们试试着倒编译看看源码:

海洋世界 23

 只想说,这么玩,有意思吗?

TAP

TAP 基于任务之异步模式,Task-based Asynchronous Pattern

到目前为止,我们觉得上面的APM、EAP异步模式好用吧?好像没察觉什么问题。再仔细想想…如果我们有多独异步方法要遵循先后顺序执行,并且用(在主进程)得到有返回值。

率先定义三只委托:

海洋世界 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;
    });
}

海洋世界 25

然后以一定顺序执行:

海洋世界 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);
} 

海洋世界 27

除外难看、难读一些好像也尚未什么 。不过真正是如此吗?

海洋世界 28

asyncResult2是null?
有鉴于此在成就第一独异步操作前从没指向asyncResult2进行赋值,asyncResult2执行异步等待的时候报那个。那么这么我们就无法控制三独异步函数,按照一定顺序执行到位后还以到回值。(理论及或者来另方式之,只是会然代码更加复杂)

 

毋庸置疑,现在该我们的TAP登场了。

海洋世界 29

无非待调用Task类的静态方法Run,即可轻松使用异步。

博返回值:

海洋世界 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);

海洋世界 31

今日咱们处理方面多单异步按次序执行:

海洋世界 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);

海洋世界 33

[效果图]

海洋世界 34

咱看出,结果还取了,且是异步按顺序执行的。且代码的逻辑思路好鲜明。如果您感受还不是老大挺,那么您现象要是100只异步方法需要异步按顺序执行也?用APM的异步回调,那至少为得异步回调嵌套100不成。那代码的复杂度可想而知。

 

延思考

  • WaitOne就等的规律

  • 异步为什么会提升性能

  • 线程的应用数据及CPU的使用率有必然之关系也

 

题目1:WaitOne完成等的原理

在此之前,我们先来概括的垂询下大半线程信号控制AutoResetEvent类。

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

这个代码会在 WaitOne 的地方会一直守候下。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();

诸如此类,到了 WaitOne 就足以一直实施下。没有产生其他等待。

现今我们本着APM 异步编程模型中之 WaitOne 等待是勿是理解了接触啊也。我们回头来落实之前从定义异步方法的异步等待。

海洋世界 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;
    }
}

海洋世界 36

红代码就是增创的异步等待。

【执行步骤】

海洋世界 37

 

题目2:异步为什么会升级性

仍同代码:

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。

如是异步:

海洋世界 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();

海洋世界 39

这样就假设10秒了。这样就节约了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是没有意思的。

或者:

海洋世界 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

海洋世界 41

管耗时任务在异步等待后,那这样的代码也是匪会见来总体性提升的。

还有一样种植情形:

假若是单核CPU进行高密集运算操作,那么异步也是绝非意思的。(因为运算是十分耗CPU,而网络要等待不耗CPU)

 

题材3:线程的采用数据与CPU的使用率有肯定的维系为

答案是否。

要么以就对做如。

情况1:

海洋世界 42

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

海洋世界 43

单核下,我们仅仅启动一个线程,就好叫你CPU爆满。

海洋世界 44海洋世界 45

启航八次等,八过程CPU基本满员。

情况2:

海洋世界 46

海洋世界 47

一千差不多独线程,而CPU的使用率还是0。由此,我们沾了事先的结论,线程的应用数据与CPU的使用率没有一定的牵连。

则这样,但是也不克毫无节制的展线程。因为:

  • 开一个新的线程的进程是于耗资源的。(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索要时之。
  • 每个线程占用了自然之内存保存线程上下文信息。

 

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