前幾天一位朋友去面試，面試官問了他同步，異步，多執行緒之間是什么關系，異步比同步高效在哪？多執行緒比單執行緒高效在哪？由于回答的不好，讓我幫他捋一下，其實回答這個問題不難，難就難在只對別人說理論，而沒有現殺的例子，
一：異步
1. 到底解放了誰？
<1> 從基礎的同步說起
要說解放了誰，一定得有幾個參與者，舉個例子：當你的主執行緒讀取一個應用程式之外的資源時，它有可能是一個檔案，又有可能是一個外部服務，當用同步方式讀取外部服務時，首先主執行緒會從用戶模式進入到內核模式，在內核模式中windows會將你的請求資料交給對應的網路驅動程式，繼后會讓這個執行緒進入休眠狀態，當網路驅動程式和外部服務一陣痙攣之后，網路驅動程式會將獲取到的結果交給當初休眠的執行緒，windows喚醒休眠執行緒繼而執行后續的C#代碼，畫個簡圖理解一下，不一定全對，
這里就存在著一個非常大的問題，步驟4-步驟7之間，你的主執行緒一直都是休眠狀態，比如在GUI編程中，有一個重要的原則就是解放你的UI執行緒（主執行緒），所以解決這個問題就迫在眉睫，
<2> 異步方式下的處理方案
說到這里，大家應該知道了異步方式就是為了解放主執行緒，又可以叫呼叫執行緒，沒錯，接下來看一下同樣的場景在異步中如何處理的，
從圖中可以看到，步驟三中將thread資料交給網路驅動程式之后，該thread就直接回傳不管了，當后續網路驅動程式獲取資料后，將資料丟給CLR執行緒池中的IO執行緒再由它觸發你的回呼函式，
??> 總結
異步相比同步效率高就高在解放了呼叫執行緒，在驅動程式和遠程服務RoundTrip期間，呼叫執行緒還可以執行其他作業，放在GUI上就是主執行緒可以繼續回應用戶的超敏操作，
由于沒有空轉的執行緒，CPU可以得到最滿載的運轉，更少的執行緒就有更少的執行緒堆疊空間，更少的GC回收時間和背景關系切換，
2. 代碼演示
還是那句話，光說可不行，你得上一點代碼看看，有了上面的理論基礎，這里我就模擬爬取下博客園首頁的所有文章的用戶頭像，
<1> 同步代碼
public static void Main(string[] args)
{
SingleThreadDownloadImages();
Console.WriteLine("主執行緒繼續執行其他的咯~~~");
Console.Read();
}
public static void SingleThreadDownloadImages()
{
using (var client = new HttpClient())
{
//呼叫執行緒 空轉等待，，，
var content = client.GetStringAsync("http://cnblogs.com").Result;
var html = new HtmlDocument();
html.LoadHtml(content);
var imgsrcList = html.DocumentNode.QuerySelectorAll("img.pfs").Select(m => m.Attributes["src"].Value)
.ToList();
Console.WriteLine($"準備下載:{imgsrcList.Count}個...");
for (int i = 0; i < imgsrcList.Count; i++)
{
//呼叫執行緒 空轉等待，，，
var stream = client.GetStreamAsync(imgsrcList[i]).Result;
Image.FromStream(stream).Save($@"C:\2\{i}.jpg");
}
}
Console.WriteLine("SingleThreadDownloadImages 執行結束");
}
------ output ------
準備下載:19個...
SingleThreadDownloadImages 執行結束
主執行緒繼續執行其他的咯~~~
<2> 異步代碼
public static void Main(string[] args)
{
AsyncDownloadImages();
Console.WriteLine("主執行緒繼續執行其他的咯~~~");
Console.Read();
}
public static async void AsyncDownloadImages()
{
using (var client = new HttpClient())
{
var content = await client.GetStringAsync("http://cnblogs.com");
var html = new HtmlDocument();
html.LoadHtml(content);
var imgsrcList = html.DocumentNode.QuerySelectorAll("img.pfs").Select(m => m.Attributes["src"].Value)
.ToList();
Console.WriteLine($"準備下載:{imgsrcList.Count}個...");
for (int i = 0; i < imgsrcList.Count; i++)
{
var stream = await client.GetStreamAsync(imgsrcList[i]);
Image.FromStream(stream).Save($@"C:\2\{i}.jpg");
}
Console.WriteLine("AsyncDownloadImages 執行結束");
}
}
------ output ------
主執行緒繼續執行其他的咯~~~
準備下載:19個...
AsyncDownloadImages 執行結束
從結果可以看出，異步在獲取圖片期間，主執行緒還可以做其他事情，這就是異步最大的特點，
3. windbg 提取是否真為執行緒池io執行緒
其實在圖2中我口口聲聲的說是執行緒池中的IO執行緒回呼了你的函式，大家先要明白一個概念，執行緒池中有兩種類別的執行緒，一個是作業執行緒，一個是IO執行緒，而作業執行緒常常就是我們通過代碼進行操控，IO執行緒通常由底層CLR接管，常常用于處理外部資源的操作，如下ThreadPool的GetMaxThreads方法，
public static void GetMaxThreads(out int workerThreads, out int completionPortThreads);
有了這個基礎，再將 AsyncDownloadImages方法修改如下，抓取一下dump檔案
var content = await client.GetStringAsync("http://cnblogs.com");
Console.WriteLine($"已獲取到:{content.Length}個字符");
Console.ReadLine();
~*e !clrstack 查看所有托管執行緒的呼叫堆疊
0:000> ~*e !clrstack
OS Thread Id: 0x62d8 (13)
Child SP IP Call Site
000000da9b1fd1e8 00007ff9fc7bb4f4 [GCFrame: 000000da9b1fd1e8]
000000da9b1fd308 00007ff9fc7bb4f4 [GCFrame: 000000da9b1fd308]
000000da9b1fd368 00007ff9fc7bb4f4 [HelperMethodFrame_1OBJ: 000000da9b1fd368] System.Threading.Monitor.Enter(System.Object)
000000da9b1fd460 00007ff9e42f8aff System.IO.TextReader+SyncTextReader.ReadLine()
000000da9b1fd4c0 00007ff9e40f0d98 System.Console.ReadLine()
000000da9b1fd4f0 00007ff985c81559 ConsoleApp2.Program+d__3.MoveNext() [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp2\Program.cs @ 93]
000000da9b1fd690 00007ff9e388cef2 System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000da9b1fd760 00007ff9e388cd75 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000da9b1fd790 00007ff9e38fbe2f System.Runtime.CompilerServices.AsyncMethodBuilderCore+MoveNextRunner.Run()
000000da9b1fd7e0 00007ff9e3901343 System.Threading.Tasks.AwaitTaskContinuation.RunOrScheduleAction(System.Action, Boolean, System.Threading.Tasks.Task ByRef)
000000da9b1fd830 00007ff9e3865f40 System.Threading.Tasks.Task.FinishContinuations()
000000da9b1fd8c0 00007ff9e3865a88 System.Threading.Tasks.Task`1[[System.__Canon, mscorlib]].TrySetResult(System.__Canon)
000000da9b1fd900 00007ff9e3865a05 System.Threading.Tasks.TaskCompletionSource`1[[System.__Canon, mscorlib]].TrySetResult(System.__Canon)
000000da9b1fd940 00007ff9c88311a3 System.Net.Http.HttpClient+c__DisplayClass31_0`1[[System.__Canon, mscorlib]].b__1(System.Threading.Tasks.Task`1)
000000da9b1fd990 00007ff9e38f9d47 System.Threading.Tasks.Task.Execute()
000000da9b1fd9d0 00007ff9e388cef2 System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000da9b1fdaa0 00007ff9e388cd75 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000da9b1fdad0 00007ff9e38fa001 System.Threading.Tasks.Task.ExecuteWithThreadLocal(System.Threading.Tasks.Task ByRef)
000000da9b1fdb80 00007ff9e38f96e1 System.Threading.Tasks.Task.ExecuteEntry(Boolean)
!threads 查看編號13的執行緒型別
0:013> !threads
ThreadCount: 8
UnstartedThread: 0
BackgroundThread: 5
PendingThread: 0
DeadThread: 2
Hosted Runtime: no
Lock
ID OSID ThreadOBJ State GC Mode GC Alloc Context Domain Count Apt Exception
0 1 5754 000001e2be060f80 2a020 Preemptive 000001E2BFD19868:000001E2BFD19FD0 000001e2be053bb0 1 MTA
6 2 65e0 000001e2be08bd00 2b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001e2be053bb0 0 MTA (Finalizer)
9 3 25c 000001e2d8435ef0 102a220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001e2be053bb0 0 MTA (Threadpool Worker)
XXXX 4 0 000001e2d845ea30 1039820 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001e2be053bb0 0 Ukn (Threadpool Worker)
12 6 23fc 000001e2d8469ea0 202b220 Preemptive 000001E2BFD1E188:000001E2BFD1FFD0 000001e2be053bb0 1 MTA
13 7 62d8 000001e2d8475e20 a029220 Preemptive 000001E2BFD9D588:000001E2BFD9F250 000001e2be053bb0 0 MTA (Threadpool Completion Port)
XXXX 8 0 000001e2d847a0b0 8039820 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001e2be053bb0 0 Ukn (Threadpool Completion Port)
14 9 6e4 000001e2d847de70 8029220 Preemptive 000001E2BFD80D88:000001E2BFD81F10 000001e2be053bb0 0 MTA (Threadpool Completion Port)
其中的 13 7 62d8 000001e2d8475e20 a029220 Preemptive 000001E2BFD9D588:000001E2BFD9F250 000001e2be053bb0 0 MTA (Threadpool Completion Port) 可以明顯的看到是 Threadpool Completion Port，沒有騙你吧，??，
二：多執行緒
相比單執行緒，多執行緒用更多的CPU和更多的執行緒資源換取更快的計算時間，是一種經典的空間換時間策略，代碼就不上了，相信多執行緒大家都快用爛了，
三：總結
1. 多執行緒比單執行緒高效的原因就是利用了CPU的多核計算把一個大的任務分而治之從而加速任務計算，
2. 異步比同步高效的原因是前者釋放了呼叫執行緒，讓呼叫執行緒可以做更多的事情而不至于被windows強制休眠浪費執行緒資源，
言簡意賅吧~， 好了，本篇就說到這里，希望對你有幫助，
如您有更多問題與我互動，掃描下方進來吧~
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/net/49158.html
標籤：C#