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说起异步,Thread,Task,async/await,IAsyncResult 这些东西肯定是绕不开的,今天就来依次聊聊他们
1.线程(Thread)
多线程的意义在于一个应用程序中,有多个执行部分可以同时执行;对于比较耗时的操作(例如io,数据库操作),或者等待响应(如WCF通信)的操作,可以单独开启后台线程来执行,这样主线程就不会阻塞,可以继续往下执行;等到后台线程执行完毕,再通知主线程,然后做出对应操作!
在C#中开启新线程比较简单
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程开始"); //IsBackground=true,将其设置为后台线程 Thread t = new Thread(Run) { IsBackground = true }; t.Start(); Console.WriteLine("主线程在做其他的事!"); //主线程结束,后台线程会自动结束,不管有没有执行完成 //Thread.Sleep(300); Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("主线程结束"); } static void Run() { Thread.Sleep(700); Console.WriteLine("这是后台线程调用"); }
执行结果如下:
可以看到在启动后台线程之后,主线程继续往下执行了,并没有等到后台线程执行完之后。
1.1 线程池
试想一下,如果有大量的任务需要处理,例如网站后台对于HTTP请求的处理,那是不是要对每一个请求创建一个后台线程呢?显然不合适,这会占用大量内存,而且频繁地创建的过程也会严重影响速度,那怎么办呢?线程池就是为了解决这一问题,把创建的线程存起来,形成一个线程池(里面有多个线程),当要处理任务时,若线程池中有空闲线程(前一个任务执行完成后,线程不会被回收,会被设置为空闲状态),则直接调用线程池中的线程执行(例asp.net处理机制中的Application对象),
使用事例:
static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 10; i++) { ThreadPool.QueueUserWorkItem(m => { Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()); }); } Console.Read(); }
可以看到,虽然执行了10次,但并没有创建10个线程。
1.2 信号量(Semaphore)
Semaphore负责协调线程,可以限制对某一资源访问的线程数量
这里对SemaphoreSlim类的用法做一个简单的事例:
static SemaphoreSlim semLim = new SemaphoreSlim(3); //3表示最多只能有三个线程同时访问 static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(SemaphoreTest).Start(); } Console.Read(); } static void SemaphoreTest() { semLim.Wait(); Console.WriteLine("线程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "开始执行"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("线程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "执行完毕"); semLim.Release(); }
执行结果如下:
可以看到,刚开始只有三个线程在执行,当一个线程执行完毕并释放之后,才会有新的线程来执行方法!
除了SemaphoreSlim类,还可以使用Semaphore类,感觉更加灵活,感兴趣的话可以搜一下,这里就不做演示了!
2.Task
Task是.NET4.0加入的,跟线程池ThreadPool的功能类似,用Task开启新任务时,会从线程池中调用线程,而Thread每次实例化都会创建一个新的线程。
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程启动"); //Task.Run启动一个线程 //Task启动的是后台线程,要在主线程中等待后台线程执行完毕,可以调用Wait方法 //Task task = Task.Factory.StartNew(() => { Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("task启动"); }); Task task = Task.Run(() => { Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("task启动"); }); Thread.Sleep(300); task.Wait(); Console.WriteLine("主线程结束"); }
开启新任务的方法:Task.Run()或者Task.Factory.StartNew(),开启的是后台线程
要在主线程中等待后台线程执行完毕,可以使用Wait方法(会以同步的方式来执行)。不用Wait则会以异步的方式来执行。
比较一下Task和Thread:
static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread(Run1).Start(); } for (int i = 0; i < 5; i++) { Task.Run(() => { Run2(); }); } } static void Run1() { Console.WriteLine("Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); } static void Run2() { Console.WriteLine("Task调用的Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); }
可以看出来,直接用Thread会开启5个线程,用Task(用了线程池)开启了3个!
2.1 Task<TResult>
Task<TResult>就是有返回值的Task,TResult就是返回值类型。
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程开始"); //返回值类型为string Task<string> task = Task<string>.Run(() => { Thread.Sleep(2000); return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); }); //会等到task执行完毕才会输出; Console.WriteLine(task.Result); Console.WriteLine("主线程结束"); }
通过task.Result可以取到返回值,若取值的时候,后台线程还没执行完,则会等待其执行完毕!
简单提一下:
Task任务可以通过CancellationTokenSource类来取消,感觉用得不多,用法比较简单,感兴趣的话可以搜一下!
3. async/await
async/await是C#5.0中推出的,先上用法:
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("-------主线程启动-------"); Task<int> task = GetStrLengthAsync(); Console.WriteLine("主线程继续执行"); Console.WriteLine("Task返回的值" + task.Result); Console.WriteLine("-------主线程结束-------"); } static async Task<int> GetStrLengthAsync() { Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法开始执行"); //此处返回的<string>中的字符串类型,而不是Task<string> string str = await GetString(); Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法执行结束"); return str.Length; } static Task<string> GetString() { //Console.WriteLine("GetString方法开始执行") return Task<string>.Run(() => { Thread.Sleep(2000); return "GetString的返回值"; }); }
async用来修饰方法,表明这个方法是异步的,声明的方法的返回类型必须为:void,Task或Task<TResult>。
await必须用来修饰Task或Task<TResult>,而且只能出现在已经用async关键字修饰的异步方法中。通常情况下,async/await成对出现才有意义,
看看运行结果:
可以看出来,main函数调用GetStrLengthAsync方法后,在await之前,都是同步执行的,直到遇到await关键字,main函数才返回继续执行。
那么是否是在遇到await关键字的时候程序自动开启了一个后台线程去执行GetString方法呢?
现在把GetString方法中的那行注释加上,运行的结果是:
大家可以看到,在遇到await关键字后,没有继续执行GetStrLengthAsync方法后面的操作,也没有马上反回到main函数中,而是执行了GetString的第一行,以此可以判断await这里并没有开启新的线程去执行GetString方法,而是以同步的方式让GetString方法执行,等到执行到GetString方法中的Task<string>.Run()的时候才由Task开启了后台线程!
那么await的作用是什么呢?
可以从字面上理解,上面提到task.wait可以让主线程等待后台线程执行完毕,await和wait类似,同样是等待,等待Task<string>.Run()开始的后台线程执行完毕,不同的是await不会阻塞主线程,只会让GetStrLengthAsync方法暂停执行。
那么await是怎么做到的呢?有没有开启新线程去等待?
只有两个线程(主线程和Task开启的线程)!至于怎么做到的(我也不知道......>_<),大家有兴趣的话研究下吧!
4.IAsyncResult
IAsyncResult自.NET1.1起就有了,包含可异步操作的方法的类需要实现它,Task类就实现了该接口
在不借助于Task的情况下怎么实现异步呢?
class Program { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主程序开始--------------------"); int threadId; AsyncDemo ad = new AsyncDemo(); AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod); IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,out threadId, null, null); Thread.Sleep(0); Console.WriteLine("主线程线程 {0} 正在运行.",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId) //会阻塞线程,直到后台线程执行完毕之后,才会往下执行 result.AsyncWaitHandle.WaitOne(); Console.WriteLine("主程序在做一些事情!!!"); //获取异步执行的结果 string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result); //释放资源 result.AsyncWaitHandle.Close(); Console.WriteLine("主程序结束--------------------"); Console.Read(); } } public class AsyncDemo { //供后台线程执行的方法 public string TestMethod(int callDuration, out int threadId) { Console.WriteLine("测试方法开始执行."); Thread.Sleep(callDuration); threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId; return String.Format("测试方法执行的时间 {0}.", callDuration.ToString()); } } public delegate string AsyncMethodCaller(int callDuration, out int threadId);
和Task的用法差异不是很大!result.AsyncWaitHandle.WaitOne()就类似Task的Wait。
5.Parallel
最后说一下在循环中开启多线程的简单方法:
Stopwatch watch1 = new Stopwatch(); watch1.Start(); for (int i = 1; i <= 10; i++) { Console.Write(i + ","); Thread.Sleep(1000); } watch1.Stop(); Console.WriteLine(watch1.Elapsed); Stopwatch watch2 = new Stopwatch(); watch2.Start(); //会调用线程池中的线程 Parallel.For(1, 11, i => { Console.WriteLine(i + ",线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Thread.Sleep(1000); }); watch2.Stop(); Console.WriteLine(watch2.Elapsed);
循环List<T>:
List<int> list = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9 }; Parallel.ForEach<int>(list, n => { Console.WriteLine(n); Thread.Sleep(1000); });
执行Action[]数组里面的方法:
Action[] actions = new Action[] { new Action(()=>{ Console.WriteLine("方法1"); }), new Action(()=>{ Console.WriteLine("方法2"); }) }; Parallel.Invoke(actions);