本系列將和大家分享.Net中的異步多執行緒，本文是該系列的開篇，首先來看些概念：
行程：計算機概念，虛擬的概念，程式在服務器運行時占據全部計算資源的總和，我們給它起個名字叫行程，
執行緒：計算機概念，虛擬的概念，行程在回應操作時最小單位，也包含CPU 記憶體 網路 硬碟IO，
多執行緒：計算機概念，一個行程有多個執行緒同時運行，
行程與執行緒的區別：
1、執行緒是程式執行的最小單位，而行程是作業系統分配資源的最小單位；
2、一個行程由一個或多個執行緒組成，執行緒是一個行程中代碼的不同執行路線，
3、行程之間相互獨立，但同一行程下的各個執行緒之間共享程式的記憶體空間(包括代碼段，資料集，堆等)及一些行程級的資源(如打開檔案和信號等)，某行程內的執行緒在其他行程不可見；
4、調度和切換：執行緒背景關系切換比行程背景關系切換要快得多，
5、包含關系：沒有執行緒的行程可以看作是單執行緒的，如果一個行程內有多個執行緒，則執行程序不是一條線的，而是多條線（執行緒）共同完成的；執行緒是行程的一部分，所以執行緒也被稱為輕權行程或者輕量級行程，
執行緒和行程關系示意圖：
總之，執行緒和行程都是一種抽象的概念，執行緒是一種比行程還小的抽象，執行緒和行程都可用于實作并發，在早期的作業系統中并沒有執行緒的概念，行程是能擁有資源和獨立運行的最小單位，也是程式執行的最小單位，它相當于一個行程里只有一個執行緒，行程本身就是執行緒，所以執行緒有時被稱為輕量級行程，
后來，隨著計算機的發展，對多個任務之間背景關系切換的效率要求越來越高，就抽象出一個更小的概念——執行緒，一般一個行程會有多個(也可以是一個)執行緒，
任務調度：大部分作業系統的任務調度是采用時間片輪轉的搶占式調度方式，也就是說一個任務執行一小段時間后強制暫停去執行下一個任務，每個任務輪流執行，任務執行的一小段時間叫做時間片，任務正在執行時的狀態叫運行狀態，任務執行一段時間后強制暫停去執行下一個任務，被暫停的任務就處于就緒狀態，等待下一個屬于它的時間片的到來，這樣每個任務都能得到執行，由于CPU的執行效率非常高，時間片非常短，在各個任務之間快速地切換，給人的感覺就是多個任務在“同時進行”，這也就是我們所說的并發，
為何不使用多行程而是使用多執行緒？
執行緒廉價，執行緒啟動比較快，退出比較快，對系統資源的沖擊也比較小，而且執行緒彼此分享了大部分核心物件(File Handle)的擁有權，如果使用多重行程，它是不可預期的，且測驗困難，
為什么可以多執行緒呢？
1、多個CPU的核可以并行作業，4核8執行緒，這里的執行緒指的是模擬核，
2、CPU分片，1s的處理能力分成1000份，作業系統調度著去回應不同的任務，從宏觀角度來說，感覺就是多個任務在并發執行，從微觀角度來說，一個物理cpu同一時刻只能為一個任務服務，
并行和并發：多核之間的叫并行，CPU分片的叫并發，
同步和異步：
同步方法：發起呼叫，完成后才繼續下一行；非常符合開發思維，有序執行，
異步方法：發起呼叫，不等待完成，直接進入下一行，啟動一個新執行緒來完成方法的計算，
至此相關概念介紹完了，下面我們正式進入本章主題：
C#里面的多執行緒：Thread類是C#語言對執行緒物件的一個封裝，
為了演示此處我們使用VS2017建個Windows表單應用程式MyAsyncThread，目標框架為：.NET Framework 4.6.1，如下所示：
此外，如果大家有使用過異步多執行緒的都知道，我們的異步多執行緒是不好除錯的，一般我們會采用輸出一些資訊等方法來輔助我們除錯和理解，對此我們有個小技巧，就是將應用程式的輸出型別改為控制臺應用程式，這樣我們在啟動程式的時候就會有2個視窗，一個是應用程式視窗，另外一個是控制臺視窗，如下所示：
設定完，啟動后就有2個視窗了，如下所示：
首先我們來看個很簡單的同步方法：
/// <summary> /// 一個比較耗時耗資源的私有方法 /// </summary> private void DoSomethingLong(string name) { Console.WriteLine($"****************DoSomethingLong Start {name} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); long lResult = 0; for (int i = 0; i < 1_000_000_000; i++) { lResult += i; } //Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine($"****************DoSomethingLong End {name} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")} {lResult}***************"); }
/// <summary> /// 同步方法 /// </summary> private void btnSync_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine($"****************btnSync_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); int l = 3; int m = 4; int n = l + m; for (int i = 0; i < 5; i++) { string name = string.Format($"btnSync_Click_{i}"); this.DoSomethingLong(name); } Console.WriteLine($"****************btnSync_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); }
運行起來，點擊同步方法后，會發現如果控制臺還未輸出完，此時WinForm視窗會卡在那里，無法拖動：
如果我們使用委托的BeginInvoke異步方法去執行會發現WinForm界面不會卡主：
/// <summary> /// 異步方法 /// </summary> private void btnAsync_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine($"****************btnAsync_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); Action<string> action = this.DoSomethingLong; //action.Invoke("btnAsync_Click_1"); //action("btnAsync_Click_1"); //委托自身需要的引數+2個異步引數 //action.BeginInvoke("btnAsync_Click_1", null, null); for (int i = 0; i < 5; i++) { string name = string.Format($"btnAsync_Click_{i}"); action.BeginInvoke(name, null, null); //異步（開啟一個子執行緒去完成） } Console.WriteLine($"****************btnAsync_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); }
此時控制臺輸出結果如下：
點擊異步方法去執行，會發現馬上可以拖動WinForm視窗，并不會像同步方法那樣卡界面，那這是為什么呢？
通過對比同步方法和異步方法的執行結果會發現：
/// <summary> /// 異步方法 /// 1 同步方法卡界面：主執行緒(UI執行緒)忙于計算，無暇他顧， /// 異步多執行緒方法不卡界面：主執行緒閑置，計算任務交給子執行緒完成， /// 改善用戶體驗，WinForm點擊個按鈕不至于卡死； /// Web應用發個短信通知，異步多執行緒去發短信； /// /// 2 同步方法慢，只有一個執行緒計算 /// 異步多執行緒方法快，因為5個執行緒并發計算 /// 12658ms 3636ms 不到4倍 CPU密集型計算(資源受限) /// 10126ms 2075ms 差不多5倍，也不到5倍，Sleep(資源夠用) /// 多執行緒其實是資源換性能，1 資源不是無限的 2 資源調度損耗 /// /// 一個訂單表統計很耗時間，能不能多執行緒優化下性能？ 不能！這就是一個操作，沒法并行 /// 需要查詢資料庫/呼叫介面/讀硬碟檔案/做資料計算，能不能多執行緒優化下性能？ 可以，多個任務可以并行 /// 執行緒不是越多越好，因為資源有限，而且呼叫有損耗 /// /// 3 同步方法有序進行，異步多執行緒無序 /// 啟動無序：執行緒資源是向作業系統申請的，由作業系統的調度策略決定，所以啟動順序隨機 /// 同一個任務同一個執行緒，執行時間也不確定，CPU分片 /// 以上相加，結束也無序 /// 使用多執行緒請一定小心，很多事兒不是相當然的，尤其是多執行緒操作間有順序要求的時候， /// 通過延遲一點啟動來控制順序？或者預計下結束順序？ 這些都不靠譜！ /// /// 需要控制順序，晚點分解！ /// </summary>
如果我們想在異步方法呼叫完之后再執行某些業務邏輯的話要怎么實作呢？（控制順序）
方法1：呼叫BeginInvoke的時候傳入回呼函式，
/// <summary> /// 異步進階 /// </summary> private void btnAsyncAdvanced_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); Action<string> action = this.DoSomethingLong; //1 回呼：將后續動作通過回呼引數傳遞進去，子執行緒完成計算后，去呼叫這個回呼委托 IAsyncResult asyncResult = null; //IAsyncResult是對異步呼叫操作的描述 AsyncCallback callback = ar => { Console.WriteLine($"{object.ReferenceEquals(ar, asyncResult)}"); Console.WriteLine($"btnAsyncAdvanced_Click計算成功了，{ar.AsyncState}，{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); }; asyncResult = action.BeginInvoke("btnAsyncAdvanced_Click", callback, "浪子天涯"); //第三個引數“浪子天涯”為回呼傳參 Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); }
執行結果如下：
方法2：通過asyncResult.IsCompleted屬性
為了演示此處將DoSomethingLong方法的執行時間調長一點
/// <summary> /// 一個比較耗時耗資源的私有方法 /// </summary> private void DoSomethingLong(string name) { Console.WriteLine($"****************DoSomethingLong Start {name} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); long lResult = 0; for (int i = 0; i < 1_000_000_000; i++) { lResult += i; } Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine($"****************DoSomethingLong End {name} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")} {lResult}***************"); }
/// <summary> /// 異步進階 /// </summary> private void btnAsyncAdvanced_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); Action<string> action = this.DoSomethingLong; //1 回呼：將后續動作通過回呼引數傳遞進去，子執行緒完成計算后，去呼叫這個回呼委托 IAsyncResult asyncResult = null; //IAsyncResult是對異步呼叫操作的描述 AsyncCallback callback = ar => { Console.WriteLine($"{object.ReferenceEquals(ar, asyncResult)}"); Console.WriteLine($"btnAsyncAdvanced_Click計算成功了，{ar.AsyncState}，{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); }; asyncResult = action.BeginInvoke("btnAsyncAdvanced_Click", callback, "浪子天涯"); //第三個引數“浪子天涯”為回呼傳參 //2 通過IsComplate等待，卡界面--主執行緒在等待，邊等待邊提示 //（ Thread.Sleep(200);位置變了，少了一句99.9999） int i = 0; while (!asyncResult.IsCompleted) { Thread.Sleep(200); //放在這里不合適，因為有延遲，主執行緒在等待程序中的子執行緒可能已經完成了 if (i < 9) { Console.WriteLine($"中華民族復興完成{++i * 10}%...."); } else { Console.WriteLine($"中華民族復興完成99.999999%...."); } //Thread.Sleep(200); //放在這里比較合適 } Console.WriteLine("中華民族復興已完成，沉睡的東方雄獅已覺醒！"); Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); }
看下執行結果：
此處比我們預想的多了一個“...99.999999%”，那是因為有延遲，主執行緒在等待程序中的子執行緒可能已經完成了，故需要對Thread.Sleep(200)的位置做一個調整，
/// <summary> /// 異步進階 /// </summary> private void btnAsyncAdvanced_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); Action<string> action = this.DoSomethingLong; //1 回呼：將后續動作通過回呼引數傳遞進去，子執行緒完成計算后，去呼叫這個回呼委托 IAsyncResult asyncResult = null; //IAsyncResult是對異步呼叫操作的描述 AsyncCallback callback = ar => { Console.WriteLine($"{object.ReferenceEquals(ar, asyncResult)}"); Console.WriteLine($"btnAsyncAdvanced_Click計算成功了，{ar.AsyncState}，{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); }; asyncResult = action.BeginInvoke("btnAsyncAdvanced_Click", callback, "浪子天涯"); //第三個引數“浪子天涯”為回呼傳參 //2 通過IsComplate等待，卡界面--主執行緒在等待，邊等待邊提示 //（ Thread.Sleep(200);位置變了，少了一句99.9999） int i = 0; while (!asyncResult.IsCompleted) { //Thread.Sleep(200); //放在這里不合適，因為有延遲，主執行緒在等待程序中的子執行緒可能已經完成了 if (i < 9) { Console.WriteLine($"中華民族復興完成{++i * 10}%...."); } else { Console.WriteLine($"中華民族復興完成99.999999%...."); } Thread.Sleep(200); //放在這里比較合適 } Console.WriteLine("中華民族復興已完成，沉睡的東方雄獅已覺醒！"); Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); }
此時的執行結果就是對的了：
方法3：WaitOne等待
{ //3 WaitOne等待，即時等待 限時等待 asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();//直接等待任務完成 asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(-1);//一直等待任務完成 asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(1000);//最多等待1000ms，超時就不等了 }
方法4：EndInvoke即時等待
{ //4 EndInvoke 即時等待，而且可以獲取委托的回傳值 一個異步操作只能End一次 action.EndInvoke(asyncResult); //等待某次異步呼叫操作結束 }
{ Func<int> func = () => { Thread.Sleep(2000); return DateTime.Now.Hour; }; int iResult = func.Invoke(); IAsyncResult asyncResult = func.BeginInvoke(ar => { //int iEndResultIn = func.EndInvoke(ar); //在這里執行也是可以的，但是一個異步操作只能EndInvoke一次 }, null); int iEndResult = func.EndInvoke(asyncResult); //可以獲取委托的回傳值 Console.WriteLine($"iResult:{iResult}--iEndResult:{iEndResult}"); }
Demo原始碼：
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