【转】C#异步的世界【上】

【转】C#异步的世界【上】

新进阶的程序员可能对async、await用得相比较多,却对前边的异步精通什么少。本人就是此类,由此打算回顾学习下异步的进化史。 

正文首如若回顾async异步情势在此以前的异步,下篇小说再来重点分析async异步格局。

APM

APM 异步编程模型,Asynchronous Programming Model

早在C#1的时候就有了APM。尽管不是很熟练,然则多少如故见过的。就是那一个类是BeginXXX和EndXXX的办法,且BeginXXX重回值是IAsyncResult接口。

在正式写APM示例在此之前我们先交给一段一齐代码

//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!";
}

【表明】为了更好的言传身教异步效果,这里我们运用winform程序来做示范。(因为winform始终都亟待UI线程渲染界面,即便被UI线程占用则会现出“假死”状态)

【效果图】

C# 1

看图得知:

  • 咱俩在执行措施的时候页面出现了“假死”,拖不动了。
  • 咱俩来看打印结果,方法调用前和调用后线程ID都是9(也就是同一个线程)

下边大家再来演示对应的异步方法:(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】

 C# 2

看图得知:

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

下边代码执行顺序:

C# 3

后面我们说过,APM的BebinXXX必须回到IAsyncResult接口。那么接下去我们解析IAsyncResult接口:

先是大家看:

C# 4

真正再次来到的是IAsyncResult接口。这IAsyncResult到底长的怎么着体统?:

C# 5

并不曾设想中的那么复杂嘛。我们是否足以品味这贯彻那多少个接口,然后呈现自己的异步方法吗?

首先定一个类MyWebRequest,然后继续IAsyncResult:(下边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(); }
    }
}

这般自然是无法用的,起码也得有个存回调函数的性质吧,下边大家有点改造下:

C# 6

下一场我们得以自定义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:

C# 7

俺们来看自己实现的功能基本上和系统提供的大都。

  • 启用异步方法并没有是UI界面卡死
  • 异步方法启动了此外一个ID为11的线程

【总结】

私家认为APM异步情势就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还足以经过此外艺术赢得值,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();

 

增补:如如果数见不鲜方法,我们也能够经过信托异步:(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 基于事件的异步情势,Event-based Asynchronous Pattern

此情势在C#2的时候光顾。

先来看个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】(同样不会阻塞UI界面)

C# 8

【特征】

  • 透过事件的法子注册回调函数
  • 通过 XXXAsync方法来施行异步调用

事例很粗略,不过和APM情势相相比较,是不是未曾那么清楚透明。为啥可以如此实现?事件的挂号是在干嘛?为啥执行RunWorkerAsync会触发注册的函数?

感觉温馨又想多了…

咱俩试着反编译看看源码:

C# 9

 只想说,这么玩,有意思啊?

TAP

TAP 基于任务的异步情势,Task-based Asynchronous Pattern

到近日结束,大家觉得上边的APM、EAP异步形式好用啊?好像没有意识怎么问题。再细致想想…如若大家有三个异步方法需要按先后顺序执行,并且需要(在主进程)拿到所有再次回到值。

首先定义六个委托:

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;
    });
}

下一场遵照一定顺序执行:

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);
} 

除却难看、难读一点像样也没怎么 。可是确实是这么呢?

C# 10

asyncResult2是null?
有鉴于此在完成第一个异步操作以前未曾对asyncResult2举行赋值,asyncResult2执行异步等待的时候报那一个。那么这么大家就不能控制两个异步函数,遵照一定顺序执行到位后再得到重回值。(理论上或者有其余方法的,只是会然代码更加扑朔迷离)

 

不错,现在该大家的TAP登场了。

C# 11

只需要调用Task类的静态方法Run,即可轻松使用异步。

收获重临值:

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);

现在大家处理地点三个异步按序执行:

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]

C# 12

咱俩看看,结果都取得了,且是异步按序执行的。且代码的逻辑思路特别明晰。即使您感触还不是很大,那么你现象一经是100个异步方法需要异步按序执好吗?用APM的异步回调,这至少也得异步回调嵌套100次。这代码的复杂度显而易见。

 

延伸思考

  • C#,WaitOne完成等待的原理

  • 异步为啥会升级性能

  • 线程的接纳数据和CPU的使用率有自然的联系吗

 

问题1:WaitOne完成等待的原理

在此以前,我们先来简单的明白下多线程信号控制AutoReset伊夫(Eve)nt类。

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

此代码会在 WaitOne 的地点会一贯等待下去。除非有其余一个线程执行 AutoReset伊芙(Eve)nt 的set方法。

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

诸如此类,到了 WaitOne 就可以平素实施下去。没有有任何等待。

今日我们对APM 异步编程模型中的 WaitOne 等待是不是明亮了点什么吗。我们回头来贯彻在此之前自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;
    }
}

辛丑革命代码就是骤增的异步等待。

【执行步骤】

C# 13

 

问题2:异步为何会提升性能

譬如说同步代码:

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

这多少个代码需要20秒。

一经是异步:

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();

如此这般就假诺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();

异步执行中间没有耗时的代码那么这么的异步将是从未意思的。

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

把耗时任务放在异步等待后,这这样的代码也是不会有总体性提高的。

再有一种状态:

就算是单核CPU举办高密集运算操作,那么异步也是从未有过意义的。(因为运算是那么些耗CPU,而网络请求等待不耗CPU)

 

问题3:线程的选用数据和CPU的使用率有必然的牵连呢

答案是否。

要么拿单核做要是。

情况1:

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

单核下,大家只启动一个线程,就足以让您CPU爆满。

C# 14C# 15

开头八次,八历程CPU基本满员。

情况2:

C# 16

C# 17

一千五个线程,而CPU的使用率竟然是0。因此,大家拿到了从前的定论,线程的施用数据和CPU的使用率没有必然的关联。

即使如此如此,不过也不可能不要节制的打开线程。因为:

  • 翻开一个新的线程的长河是相比耗资源的。(可是使用线程池,来降低开启新线程所耗费的资源)
  • 多线程的切换也是亟需时间的。
  • 各种线程占用了迟早的内存保存线程上下文消息。

 

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

正文已联手至索引目录:《C#基础知识巩固

对此异步编程驾驭不深,文中极有可能多处错误描述和眼光。

谢谢广大园友的指正。

本着相互探讨的目标,绝无想要误导我们的情致。

 

【推荐】

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

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