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.NET進階篇06-async異步、thread多執行緒1

2020-09-22 20:50:28 .NET開發

知識需要不斷積累、總結和沉淀,思考和寫作是成長的催化劑

異步多執行緒挺大一塊內容,既想拆開慢慢學,又想一股腦全倒出,糾結再三,還是拆開吃透,也不至于篇幅過長,勸退許多人

本篇先做一個概述,列明一些基本概念

內容目錄

一、行程和執行緒1、行程2、執行緒多執行緒后臺執行緒3、簡言之4、適用場景二、同步和異步1、同步2、異步3、異步編程4、Async、Await5、異步操作優缺點三、小結

一、行程和執行緒

1、行程

我們打開計算機的任務管理器,會發現系統的很多個行程,每個行程獨占CPU、記憶體、磁盤、網路等資源,是資源分配的最小單元,多個行程之間是資源隔離的,資料之間不能直接傳遞,一個exe運行一次就會產生一個行程,運行多次就多個,但他們之間資料互相隔離

2、執行緒

同樣在任務管理器中我們也能看到執行緒,一個行程是由多個執行緒組成的,且至少是由一個執行緒,那就是主執行緒,圖中就可以看到執行緒的數量要比行程大的多

多執行緒

衡量一個人干活快,要么是一件事干的很快,要么是他能同時干很多事,計算機就是如此,以單核CPU類比單個人,理論上單位時間上只能運行一個行程里一個執行緒,只能干一件事,但執行緒有可能在某些操作比如讀寫磁盤時會等待,這時候磁盤在瘋狂的運轉,CPU卻是閑置狀態,直到磁盤讀寫完成才CPU才繼續作業,所以空閑的這個時候它可以先去干別的事情,看起開就像單核它也可以同時干很多事

一個人可以把水壺燒上水的同時去拖地,同一時刻一個人是只能干一件事的,只是在快速的頻繁切換,拖地時一直想著水開了沒開了沒,但如果處理不當,多執行緒效率還低,就像你沒來及去倒已經燒開的水導致干鍋,還有些任務同時起來更費時,就像你一邊拖地一遍廣播體操一樣,伸展運動123然后拖一下地,然后接著,唉?到哪里了…

后臺執行緒

后臺執行緒不會阻止行程的關閉,當某個程式的所有前臺執行緒完成后,行程就終止程式退出了,當然后臺執行緒也會隨即停止,在.NET中用Thread創建的執行緒默認都是前臺執行緒,用執行緒池、BeginXXX等啟用的執行緒都是后臺執行緒

3、簡言之

執行緒是獨立執行單元,同一段代碼(引數不同,任務不同)可以交給多個執行緒去執行,從宏觀上看就是并行的執行,微觀上時間片上還是串行執行的,但多核CPU就另說了,像多個人一樣,一個人負責做飯,一個負責拖地

多線可以提高CPU的利用率,一個執行緒等待時,可以先去執行其他的任務,當然,執行緒之間的切換也是需要消耗資源的,開發復雜度也是會變大的,資源爭奪也需要做合理的控制,也并不是所有的任務都適合多執行緒

4、適用場景

后臺執行耗時任務,前臺界面仍需要友好的展示,在WinForm中,如果單執行緒(也就是主執行緒)如果執行耗時的操作,那么界面就會失去回應,它忙于后臺的任務,無法更新用戶界面的互動,這個時候可以另開一個作業執行緒來處理耗時的任務,主執行緒可以回應用戶操作,也可以隨時改變任務的狀態

在沒有界面的程式里,當一個任務有潛在的耗時時,比如等待遠程服務器的回應回傳,用作業執行緒來完成任務可以讓主執行緒去做其他事情

復雜的計算,多執行緒在多核CPU上可以更快的完成任務,總之一切都是為了效率,.NET中很多暗中的多執行緒,比如timer,backgroudworker,webservices等,我們使用中自然而然就在利用其多執行緒帶來的好處,在了解了基本原理后,我們需要手動創建管理明面上的多執行緒任務

多執行緒縱然可以提高你的程式流暢度,但開發除錯中確實增大了難度,一方面除了要對業務劃分適應多執行緒的處理模式,另一個方面多執行緒最侄訓是交于作業系統的調度,我們雖可以執行一些優化調度,但最終結果并不是總盡人意,執行緒之間的切換也會消耗資源,所以多執行緒的設計應該盡量簡單

二、同步和異步

1、同步

同步方法呼叫在程式繼續執行之前需要等待同步方法執行完畢回傳結果,程式自上而下順序執行,沒完成一個指令,在進行下一個指令,在代碼除錯的表現為,游標一步一步完成上一步計算后,才會進入下一行,阻塞呼叫執行緒的運行

2、異步

異步方法則在被呼叫之后,呼叫執行緒不會等待方法的完成,會直接進入下一行,執行下一個指令,所以是非阻塞

3、異步編程

.NET通過委托可以實作異步呼叫任何方法,像上面介紹委托方法呼叫時,除了Invoke同步方法,還有BegInvoke異步方法,它會啟用一個異步呼叫執行緒,你只需要傳入委托方法的引數(可能還需要執行緒額外引數,如果有必要的話)就可以以后臺執行緒的方式執行方法,在代碼上執行到BeginInvoke時,會立即回傳,不等待異步呼叫的完成,它回傳一個IAsyncResult型別,你可以用它來監視呼叫的進度,和BegInvoke成對的EndInvoke方法可以用于獲取異步呼叫的結果,這是會阻塞的,具體將在下一篇代碼實體中講解BeginInvoke的常用套路

4、Async、Await

Async、Await是.NET4.5新增的異步編程方式,為了簡化異步程式的撰寫,上面的說的異步呼叫方式就是經典的APM異步編程模型,基于IAsyncResult介面實作BeginXXX和EndXXX類似的方法,在.NET4.5中可以使用Async方式,通過Async關鍵字標記方法為異步方法,然后在方法內部通過await標記后面的方法耗時,呼叫執行緒到這里就回去吧,我們就可以不用APM方式,用async方式可以輕松將一個方法編程異步方法

public async void Async1()
{
    HttpWebRequest myReq = (HttpWebRequest)WebRequest.Create("http://cnblogs.com/");
    await myReq.GetRequestStreamAsync();
    //to do

5、異步操作優缺點

異步操作相比較于多執行緒,減少了死鎖的可能,在設計良好的情況下,異步函式可以不必使用共享變數,可以減少出錯的幾率,但起步也是難以除錯的,只有盡量減少其復雜度

三、小結

這篇主要介紹一些概念,接下來硬核編碼部分就不會再啰嗦這些,上面有遺漏的,在編碼中會捎帶一些,基本就這些吧,TaskFactory、ThreadPool、Task、Parallel等都是對Thread的封裝,過一遍代碼,了解常用方法套路就可以,不會面面俱到每個介面都試一下,微軟官網檔案更全面(吹一波,.NET微軟大佬的技術支持還是杠杠的),后面主要搞一些成熟的套路,比如執行緒的同步,執行緒取消,例外處理,執行緒安全、鎖機制等可用的編碼方式,

OK,那下期見,去給FPX打氣去,拜了個拜~

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