个人档案[转]C#异步的社会风气【上】

个人档案[转]C#异步的社会风气【上】

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  • APM
  • EAP
  • TAP
  • 拉开思考

新进阶的程序员可能针对async、await用得较多,却对前面的异步了解非常少。本人就是是此类,因此打算回顾上下异步的进化史。 

正文主要是回顾async异步模式之前的异步,下篇文章更来重点解析async异步模式。

APM

APM 异步编程模型,Asynchronous Programming Model

早在C#1底当儿即便来矣APM。虽然不是杀熟稔,但是多少还是表现了的。就是那些看似是BeginXXX和EndXXX的点子,且BeginXXX返回值是IAsyncResult接口。

每当规范写APM示例之前我们事先被起一致段落共代码:

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//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!";
}

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【说明】为了重新好之以身作则异步效果,这里我们使用winform程序来开示范。(因为winform始终犹要UI线程渲染界面,如果让UI线程占用则会产出“假死”状态)

【效果图】

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看图得知:

  • 咱俩以尽方式的时候页面出现了“假死”,拖不动了。
  • 俺们来看打印结果,方法调用前以及调用后线程ID还是9(也即是和一个线程)

下我们再次来演示对应之异步方法:(BeginGetResponse、EndGetResponse所谓的APM异步模型)

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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); 
}

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【效果图】

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圈图得知:

  • 启用异步方法并没是UI界面卡死
  • 异步方法启动了另外一个ID为12的线程

面代码执行顺序:

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面前我们说过,APM的BebinXXX必须回到IAsyncResult接口。那么连下去我们分析IAsyncResult接口:

率先我们看:

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确返回的凡IAsyncResult接口。那IAsyncResult到底长的啊体统?:

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并没有想象着之那么复杂嘛。我们是不是好尝尝这贯彻之接口,然后显示自己的异步方法也?

率先得一个类MyWebRequest,然后继续IAsyncResult:(下面是骨干的伪代码实现)

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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(); }
    }
}

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这般定是不可知用底,起码也得有只存回调函数的习性吧,下面我们有些改造下:

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然后我们好打定义APM异步模型了:(成对的Begin、End)

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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;
}

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调用如下:

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 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);
 }

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效果图:

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咱看出好实现的效果基本上与系提供的大半。

  • 启用异步方法并从未是UI界面卡死
  • 异步方法启动了另外一个ID为11底线程

【总结】

个人觉得APM异步模式就是是启用另外一个线程执行耗时任务,然后通过回调函数执行后续操作。

APM还足以经过另外方式取值,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:如果是一般方法,我们也得以通过委托异步:(BeginInvoke、EndInvoke)

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 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); 
 }

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EAP

EAP 基于事件之异步模式,Event-based Asynchronous Pattern

是模式在C#2底早晚光顾。

预先来拘禁个EAP的例子:

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 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);
 }

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【效果图】(同样未见面阻塞UI界面)

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【特征】

  • 经波之艺术注册回调函数
  • 透过 XXXAsync方法来实施异步调用

事例很简短,但是与APM模式相比,是休是无那清晰透明。为什么可以这么实现?事件的登记是于关系嘛?为什么执行RunWorkerAsync会触发注册的函数?

感到自己而想多矣…

俺们试试着倒编译看看源码:

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 只想说,这么玩,有意思啊?

TAP

TAP 基于任务的异步模式,Task-based Asynchronous Pattern

暨目前为止,我们认为上面的APM、EAP异步模式好用为?好像没有发觉什么问题。再仔细想想…如果我们出多个异步方法要按先后顺序执行,并且用(在主进程)得到有返回值。

率先定义三只委托:

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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;
    });
}

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接下来以一定顺序执行:

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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);
} 

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除外难看、难读一些好像也尚无什么 。不过真正是如此吧?

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asyncResult2是null?
有鉴于此在成功第一独异步操作前没针对asyncResult2进行赋值,asyncResult2执行异步等待的时刻报生。那么如此我们就无法控制三只异步函数,按照一定顺序执行得后更将到回值。(理论及或者来其他方法的,只是会然代码更加错综复杂)

 

科学,现在欠我们的TAP登场了。

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光待调用Task类的静态方法Run,即可轻松使用异步。

收获返回值:

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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);

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今日我们处理点多个异步按次执行:

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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);

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[效果图]

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咱见到,结果都获了,且是异步按次序执行的。且代码的逻辑思路好明晰。如果您感触还不是殊老,那么您现象一经是100个异步方法需要异步按次序执行呢?用APM的异步回调,那至少为得异步回调嵌套100次。那代码的复杂度可想而知。

 

拉开思考

  • WaitOne就等的规律

  • 异步为什么会升级性能

  • 线程的采取数据以及CPU的使用率有必然的联系吗

 

题目1:WaitOne完成等的原理

在此之前,我们先来简单的摸底下大半线程信号控制AutoResetEvent类。

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

夫代码会于 WaitOne 的地方会面直接等候下。除非有另外一个线程执行 AutoResetEvent 的set方法。

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

这么,到了 WaitOne 就可一直实施下去。没有发生另等待。

当今咱们对APM 异步编程模型中的 WaitOne 等待是不是了解了碰啊啊。我们回头来兑现之前由定义异步方法的异步等待。

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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;
    }
}

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革命代码就是骤增的异步等待。

【执行步骤】

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问题2:异步为什么会升级性

遵同代码:

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

是代码用20秒。

只要是异步:

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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();

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然就如10秒了。这样就算省了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();

异步执行中没有耗时的代码那么这么的异步将是绝非意思的。

或者:

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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

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管耗时任务在异步等待后,那这样的代码也是勿见面有性能提升的。

还有一样种情景:

比方是单核CPU进行高密集运算操作,那么异步也是尚未意思的。(因为运算是好耗CPU,而网络要等待不耗CPU)

 

题目3:线程的采取数据与CPU的使用率有必然之关联也

答案是否。

抑或用就核做要。

情况1:

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

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单核下,我们一味启动一个线程,就得于您CPU爆满。

个人档案 44个人档案 45

启航八坏,八进程个人档案CPU基本满员。

情况2:

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个人档案 47

一千基本上个线程,而CPU的使用率还是0。由此,我们收获了前头的下结论,线程的下数据及CPU的使用率没有必然之联络。

虽如此,但是呢非能够不用节制的打开线程。因为:

  • 敞开一个初的线程的过程是比耗资源的。(可是使用线程池,来下滑开启新线程所吃的资源)
  • 基本上线程的切换为是要时间的。
  • 每个线程占用了必然的内存保存线程上下文信息。

 

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

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