C#多線程與異步的區(qū)別詳解
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隨著擁有多個硬線程 CPU（超線程、雙核）的普及，多線程和異步操作等并發(fā)程序設計方法也受到了更多的關注和討論。本文主要是想與各位高手一同探討一下如何使用并發(fā)來最大化程序的性能。
多線程和異步操作的異同
多線程和異步操作兩者都可以達到避免調用線程阻塞的目的，從而提高軟件的可響應性。甚至有些時候我們就認為多線程和異步操作是等同的概念。但是，多線程和異步操作還是有一些區(qū)別的。而這些區(qū)別造成了使用多線程和異步操作的時機的區(qū)別。
異步操作的本質
所有的程序最終都會由計算機硬件來執(zhí)行，所以為了更好的理解異步操作的本質，我們有必要了解一下它的硬件基礎。 熟悉電腦硬件的朋友肯定對 DMA 這個詞不陌生，硬盤、光驅的技術規(guī)格中都有明確 DMA 的模式指標，其實網卡、聲卡、顯卡也是有 DMA 功能的。DMA 就是直接內存訪問的意思，也就是說，擁有 DMA 功能的硬件在和內存進行數(shù)據(jù)交換的時候可以不消耗 CPU 資源。只要 CPU 在發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸時發(fā)送一個指令，硬件就開始自己和內存交換數(shù)據(jù)，在傳輸完成之后硬件會觸發(fā)一個中斷來通知操作完成。這些無須消耗 CPU 時間的 I/O 操作正是異步操作的硬件基礎。所以即使在 DOS 這樣的單進程（而且無線程概念）系統(tǒng)中也同樣可以發(fā)起異步的 DMA 操作。
線程的本質
線程不是一個計算機硬件的功能，而是操作系統(tǒng)提供的一種邏輯功能，線程本質上是進程中一段并發(fā)運行的代碼，所以線程需要操作系統(tǒng)投入 CPU 資源來運行和調度。
異步操作的優(yōu)點與缺點
因為異步操作無須額外的線程負擔，并且使用回調的方式進行處理，在設計良好的情況下，處理函數(shù)可以不必使用共享變量（即使無法完全不用，最起碼可以減少共享變量的數(shù)量），減少了死鎖的可能。當然異步操作也并非完美無暇。編寫異步操作的復雜程度較高，程序主要使用回調方式進行處理，與普通人的思維方式有些初入，而且難以調試。
多線程的優(yōu)點與缺點
多線程的優(yōu)點很明顯，線程中的處理程序依然是順序執(zhí)行，符合普通人的思維習慣，所以編程簡單。但是多線程的缺點也同樣明顯，線程的使用（濫用）會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔。并且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現(xiàn)。
適用范圍
在了解了線程與異步操作各自的優(yōu)點與缺點之后，我們可以來探討一下線程和異步的合理用途。我認為：當需要執(zhí)行 I/O 操作時，使用異步操作比使用線程加同步 I/O 操作更合適。I/O 操作不僅包括了直接的文件、網絡的讀寫，還包括數(shù)據(jù)庫操作、Web Service、HttpRequest 以及 .Net Remoting 等跨進程的調用。
而線程的適用范圍則是那種需要長時間 CPU 運算的場合，例如耗時較長的圖形處理和算法執(zhí)行。但是往往由于使用線程編程的簡單和符合習慣，所以很多朋友往往會使用線程來執(zhí)行耗時較長的 I/O 操作。這樣在只有少數(shù)幾個并發(fā)操作的時候還無傷大雅，如果需要處理大量的并發(fā)操作時就不合適了。
實例研究
說了那么理論上的東西，可能有些兄弟早就不耐煩了，現(xiàn)在我們來研究幾個實際的異步操作例子吧。
實例1：由 delegate 產生的異步方法到底是怎么回事？
大家可能都知道，使用 delegate 可以“自動”使一個方法可以進行異步的調用。從直覺上來說，我覺得是由編譯器或者 CLR 使用了另外的線程來執(zhí)行目標方法。到底是不是這樣呢？讓我們來用一段代碼證明一下吧。
重慶分公司
重慶分公司
using System;
using System.Threading;
namespace AsyncDelegateDemo
{
delegate void AsyncFoo(int i);
class Program
{
///
/// 輸出當前線程的信息
///
///方法名稱
static void PrintCurrThreadInfo(string name)
{
Console.WriteLine("Thread Id of " + name + " is: " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ", current thread is "
+ (Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread ? "" : "not ")
+ "thread pool thread.");
}
///
/// 測試方法，Sleep一定時間
///
///Sleep的時間
static void Foo(int i)
{
PrintCurrThreadInfo("Foo()");
Thread.Sleep(i);
}
///
/// 投遞一個異步調用
///
static void PostAsync()
{
AsyncFoo caller = new AsyncFoo(Foo);
caller.BeginInvoke(1000, new AsyncCallback(FooCallBack), caller);
}
static void Main(string[] args)
{
PrintCurrThreadInfo("Main()");
for(int i = 0; i < 10 ; i++)
{
PostAsync();
}
Console.ReadLine();
}
static void FooCallBack(IAsyncResult ar)
{
PrintCurrThreadInfo("FooCallBack()");
AsyncFoo caller = (AsyncFoo) ar.AsyncState;
caller.EndInvoke(ar);
}
}
}
這段代碼代碼的輸出如下：
Thread Id of Main() is: 1, current thread is not thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 4, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 5, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 4, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 4, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 6, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 5, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 5, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 7, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread. Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 4, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 6, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 5, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 7, current thread is thread pool thread. Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread.
從輸出可以看出，.net 使用 delegate 來“自動”生成的異步調用是使用了另外的線程（而且是線程池線程）。
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