C# 多執行緒和非同步的相同點和不同點

iDotNetSpace發表於2009-01-04
C#執行緒非同步
隨著擁有多個硬執行緒CPU（超執行緒、雙核）的普及，多執行緒和非同步操作等併發程式設計方法也受到了更多的關注和討論。本文主要是想與園中各位高手一同探討一下如何使用併發來最大化程式的效能。

　　多執行緒和非同步操作的異同

　　多執行緒和非同步操作兩者都可以達到避免呼叫執行緒阻塞的目的，從而提高軟體的可響應性。甚至有些時候我們就認為多執行緒和非同步操作是等同的概念。但是，多執行緒和非同步操作還是有一些區別的。而這些區別造成了使用多執行緒和非同步操作的時機的區別。

　　非同步操作的本質

　　所有的程式最終都會由計算機硬體來執行，所以為了更好的理解非同步操作的本質，我們有必要了解一下它的硬體基礎。 熟悉電腦硬體的朋友肯定對DMA這個詞不陌生，硬碟、光碟機的技術規格中都有明確DMA的模式指標，其實網路卡、音效卡、顯示卡也是有DMA功能的。DMA就是直接記憶體訪問的意思，也就是說，擁有DMA功能的硬體在和記憶體進行資料交換的時候可以不消耗CPU資源。只要CPU在發起資料傳輸時傳送一個指令，硬體就開始自己和記憶體交換資料，在傳輸完成之後硬體會觸發一箇中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是非同步操作的硬體基礎。所以即使在DOS這樣的單程式（而且無執行緒概念）系統中也同樣可以發起非同步的DMA操作。

　　執行緒的本質

　　執行緒不是一個計算機硬體的功能，而是作業系統提供的一種邏輯功能，執行緒本質上是程式中一段併發執行的程式碼，所以執行緒需要作業系統投入CPU資源來執行和排程。

　　非同步操作的優缺點

　　因為非同步操作無須額外的執行緒負擔，並且使用回撥的方式進行處理，在設計良好的情況下，處理函式可以不必使用共享變數（即使無法完全不用，最起碼可以減少共享變數的數量），減少了死鎖的可能。當然非同步操作也並非完美無暇。編寫非同步操作的複雜程度較高，程式主要使用回撥方式進行處理，與普通人的思維方式有些初入，而且難以除錯。

　　多執行緒的優缺點

　　多執行緒的優點很明顯，執行緒中的處理程式依然是順序執行，符合普通人的思維習慣，所以程式設計簡單。但是多執行緒的缺點也同樣明顯，執行緒的使用（濫用）會給系統帶來上下文切換的額外負擔。並且執行緒間的共享變數可能造成死鎖的出現。

　　適用範圍

　　在瞭解了執行緒與非同步操作各自的優缺點之後，我們可以來探討一下執行緒和非同步的合理用途。我認為：當需要執行I/O操作時，使用非同步操作比使用執行緒+同步I/O操作更合適。I/O操作不僅包括了直接的檔案、網路的讀寫，還包括資料庫操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨程式的呼叫。

　　而執行緒的適用範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演算法執行。但是往往由於使用執行緒程式設計的簡單和符合習慣，所以很多朋友往往會使用執行緒來執行耗時較長的I/O操作。這樣在只有少數幾個併發操作的時候還無傷大雅，如果需要處理大量的併發操作時就不合適了。

　　例項研究

　　說了那麼理論上的東西，可能有些兄弟早就不耐煩了，現在我們來研究幾個實際的非同步操作例子吧。

　　例項1：由delegate產生的非同步方法到底是怎麼回事？

　　大家可能都知道，使用delegate可以“自動”使一個方法可以進行非同步的呼叫。從直覺上來說，我覺得是由編譯器或者CLR使用了另外的執行緒來執行目標方法。到底是不是這樣呢？讓我們來用一段程式碼證明一下吧。

using System;
using System.Threading;

namespace AsyncDelegateDemo
{
  delegate void AsyncFoo(int i);
  class Program
  {
    /// 


    /// 輸出當前執行緒的資訊
    /// 
   /// 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);
    }

    /// 
    /// 投遞一個非同步呼叫
    /// 
    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       {
         PostAsync();
      }
      Console.ReadLine();
    }

    static void FooCallBack(IAsyncResult ar)
    {
      PrintCurrThreadInfo("FooCallBack()");
      AsyncFoo caller = (AsyncFoo) ar.AsyncState;
      caller.EndInvoke(ar);
    }
  }
} 

　　這段程式碼程式碼的輸出如下：

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”生成的非同步呼叫是使用了另外的執行緒（而且是執行緒池執行緒）。

來自 “ ITPUB部落格 ” ，連結：http://blog.itpub.net/12639172/viewspace-526512/，如需轉載，請註明出處，否則將追究法律責任。

相關文章