讓我們再為C#異步編程Async正名
半年前翻譯了一系列很糟糕的異步編程文章,用異步的常用語來說:”在將來的某個時間“ 我還會重新翻譯Async in C#5.0 。
寫在前面
異步編程在處理并發(fā)方面被使用的越來越多,之所以說上面一句話,是為了區(qū)分多線程編程。各位司機都知道,實際上異步編程的核心目標正并發(fā)處理。可還是經(jīng)常有一些讓人感到很無奈的說法和問題,比如說,異步編程能提高應用性能嗎?他能縮短我處理任務的時間嗎?他阻塞線程嗎?如果不阻塞線程,斷點為什么不繼續(xù)向下執(zhí)行,我的哥!線程釋放到哪兒去了?我都讀書少你別騙我,線程都釋放了程序怎么運行?前臺我用了Ajax,后臺使用Async有必要嗎?也許如果作為司機的你看到***一個問題,你只好攤手┑( ̄Д  ̄)┍。
多線程場景理解
也許在某些時刻,你想提高應用程序執(zhí)行速度,盡快拿到一個結果。這個時候,應該選擇的絕對不是Async和Task。打個比方說,你和你老婆周末去超市購物,剛一進超市門你發(fā)現(xiàn)結賬的每條隊伍都幾十人,于是你用到了多線程,你去排隊,一個人一個人的往前走,你老婆在另一頭抓緊購物,在你快走到收銀臺的時候,你老婆來把購物車推給了你,于是你們直接結賬回家。雖然這種行為很不文明,但這就是多線程,和異步編程一點關系都沒有。
異步編程場景理解
那異步編程是什么情況,能解決什么問題呢?你和你老婆開了一家面包店,在初期只有你倆為顧客服務。沒想到新店開張這么火,每分鐘來一個顧客,而烤好一份面包需要兩分鐘。每來一位顧客你都拿著一片面包去后廚烤箱烤,并且你要和你老婆要花兩分鐘來等各自的烤箱完成任務。可是你等待的這兩分鐘,又來了兩位顧客,著這樣的速度下去,根本不能滿足顧客們的需求呀!你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)你和你老婆的問題了:那就是你和你老婆這兩條線程,都被烤箱花費的時間阻塞了!
你和你老婆為了解決阻塞的問題,又買了兩臺烤箱,并且為了避免新進顧客沒人服務,每當你把面包送進烤箱后,標記其屬于哪位顧客后立即返回,準備接待新的顧客,再有顧客光臨,立馬接待,并將新的面包送進另一個烤箱并標記,并立即返回等待為其他人服務。在面包烤好后,烤箱會以“叮”一聲,注意在這一信號到達后,并不是一定要你去后廚烤箱取面包,而是你和你老婆誰不忙誰去取。這樣處理后,高并發(fā)的顧客量,對你來說就顯得得心應手了。你和你老婆做為兩條線程,可以不斷地以非阻塞的形式(不等烤箱),返回到顧客面前。但是需要注意的是不阻塞的概念,他不是讓你的程序繼續(xù)向下執(zhí)行。就烤面包而言你的一個烤面包方法是這樣的:
1.送入面包到烤箱 2.烤箱處理面包并給你結果 3.拿到面包送到顧客。所以說“不阻塞”的概念,不能讓你直接做到第三步。在不阻塞期間,是沒有線程在你的這個方法中的,這個方法還是要按照時間等待,等待在未來某個時刻的信號喚醒你或者你老婆,此時該方法恢復執(zhí)行。所以說程序執(zhí)行的時間依然不變,得到優(yōu)化的是處理并發(fā)的能力,你店里(服務器)的吞吐量。
看著代碼理解
異步編程應當被適用于IO密集型場景,非CPU計算密集場景。大家知道線程受CPU調度,如果你是四核CPU,那么在你的線程池中,擁有四個線程,進程每個虛擬CPU分配一個線程的時候,性能表現(xiàn)會最棒。既能高效運用CPU,又不用來回切換上下文損耗性能。你想想,CPU密集的場景中,CPU就是要占用你的線程,在這個時候異步編程沒有任何用處。然而在IO場景中,文件IO由win32用戶模式的API到windows內核模式,在內核模式中操作磁盤驅動程序。這期間,你的線程阻塞在驅動程序的響應中。而異步編程中,你的操作通知到磁盤驅動程序后,線程立即返回而非等待,在將來的某個時刻,驅動程序處理結束,處理結果放入CLR線程池隊列中,恢復狀態(tài)機,線程池中任意線程取出結果,方法繼續(xù)向下執(zhí)行。在網(wǎng)絡IO中也是如此,只不過驅動程序變成了網(wǎng)絡驅動程序。請看如下代碼:
- public static async Task<string> DoSomeAsync()
- {
- using (var client = new HttpClient())
- {
- var result = await client.GetAsync(
- "http://stackoverflow.com/questions/37991851/jenkins-configure-page-not-loading-version1-651-3-chrome-browser") .Result.Content.ReadAsStringAsync(); Console.WriteLine(result); //做一些其他操作 var res = 1 + 1; //---------------- return "";
- }
- }
在編譯的時候,DosomeAsync會被編譯成一個狀態(tài)機方法,狀態(tài)機是什么先別管,你可以把它當成一個黑盒子。在遇到GetAsync的時候,在DoSomeAsync中返回一個Task任務對象,并由await在Task對象上傳遞用于恢復狀態(tài)機的方法,相當于調用了ContinueWith().這個方法顧名思義,以xxx繼續(xù)。然后線程從DoSomeAsync中返回。返回后干嘛去了?該線程可以去處理其他事情了。在將來某一時刻,服務器向我們發(fā)送了一個相應,網(wǎng)絡驅動程序得知請求完畢,恢復該方法繼續(xù)執(zhí)行剩下的其他代碼。配一張亂糟糟的圖
額外的好處
在GC的垃圾清理執(zhí)行過程中,應用程序的所有線程都會被掛起,使用異步編程意味著在相同的并發(fā)量下,你可以使用更少的線程來完成處理,額外帶來的好處就是,所需要清理的線程是更少的。還有一點就是,所使用的線程少了,CPU線程切換也變得更少。