C++[转]C#异步的社会风气【上】

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新进阶的程序员可能对async、await用得相比较多,却对此前的异步精通吗少。本人就是此类,因而打算回顾学习下异步的进化史。 

本文首如果回顾async异步情势从前的异步,下篇作品再来重点分析async异步格局。

APM

APM 异步编程模型,Asynchronous Programming Model

早在C#1的时候就有了APM。即便不是很熟谙,可是多少如故见过的。就是这么些类是BeginXXX和EndXXX的法门,且BeginXXX重返值是IAsyncResult接口。

在规范写APM示例在此以前我们先提交一段同步代码:

C++ 1

//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!";
}

C++ 2

【表达】为了更好的演示异步效果,这里大家使用winform程序来做示范。(因为winform始终都急需UI线程渲染界面,虽然被UI线程占用则相会世“假死”状态)

【效果图】

C++ 3

看图得知:

  • 我们在执行办法的时候页面出现了“假死”,拖不动了。
  • 大家来看打印结果,方法调用前和调用后线程ID都是9(也就是同一个线程)

上边大家再来演示对应的异步方法:(BeginGetResponse、EndGetResponse所谓的APM异步模型)

C++ 4

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); 
}

C++ 5

【效果图】

 C++ 6

看图得知:

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

地点代码执行顺序:

C++ 7

面前我们说过,APM的BebinXXX必须重临IAsyncResult接口。那么接下去我们分析IAsyncResult接口:

先是大家看:

C++ 8

诚然重临的是IAsyncResult接口。这IAsyncResult到底长的如何体统?:

C++ 9

并没有设想中的那么复杂嘛。我们是不是可以品尝这贯彻这一个接口,然后呈现自己的异步方法呢?

率先定一个类MyWebRequest,然后继续IAsyncResult:(下边是核心的伪代码实现)

C++ 10

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(); }
    }
}

C++ 11

这样必然是不能用的,起码也得有个存回调函数的习性吧,下面我们有些改造下:

C++ 12

然后我们得以自定义APM异步模型了:(成对的Begin、End)

C++ 13

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;
}

C++ 14

调用如下:

C++ 15

 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);
 }

C++ 16

效果图:

C++ 17

大家看来自己实现的意义基本上和系统提供的大多。

  • 启用异步方法并从未是UI界面卡死
  • 异步方法启动了其它一个ID为11的线程

【总结】

个人认为APM异步模式就是启用此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还可以够通过另外措施得到值,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();

 

填补:如假若一般方法,我们也足以由此信托异步:(BeginInvoke、EndInvoke)

C++ 18

 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); 
 }

C++ 19

EAP

EAP 基于事件的异步形式,伊夫(Eve)nt-based Asynchronous Pattern

此模式在C#2的时候光顾。

先来看个EAP的例证:

C++ 20

 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);
 }

C++ 21

 

【效果图】(同样不会阻塞UI界面)

C++ 22

【特征】

  • 透过事件的措施注册回调函数
  • 经过 XXXAsync方法来推行异步调用

事例很简短,不过和APM格局相比较,是不是从未那么清楚透明。为啥可以这么实现?事件的挂号是在干嘛?为啥执行RunWorkerAsync会触发注册的函数?

倍感自己又想多了…

大家试着反编译看看源码:

C++ 23

 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

到近年来停止,大家觉得下边的APM、EAP异步模式好用啊?好像一直不意识什么样问题。再精心想想…假设大家有两个异步方法需要按先后顺序执行,并且需要(在主进程)得到所有再次回到值。

首先定义三个委托:

C++ 24

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;
    });
}

C++ 25

接下来遵照一定顺序执行:

C++ 26

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);
} 

C++ 27

除此之外难看、难读一点看似也没怎么 。但是实在是这么呢?

C++ 28

asyncResult2是null?
有鉴于此在成就第一个异步操作以前并未对asyncResult2举办赋值,asyncResult2执行异步等待的时候报这么些。那么这么我们就不可以控制三个异步函数,依照一定顺序执行到位后再得到重回值。(理论上或者有任何方法的,只是会然代码更加错综复杂)

 

正确,现在该我们的TAP登场了。

C++ 29

只需要调用Task类的静态方法Run,即可轻松使用异步。

获取重回值:

C++ 30

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);

C++ 31

当今大家处理方面五个异步按序执行:

C++ 32

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);

C++ 33

[效果图]

C++ 34

大家看看,结果都拿走了,且是异步按序执行的。且代码的逻辑思路特别显著。假设你感触还不是很大,那么您现象一经是100个异步方法需要异步按序执行呢?用APM的异步回调,那至少也得异步回调嵌套100次。这代码的复杂度总之。

 

延长思考

  • WaitOne完成等待的规律

  • 异步为何会升级性能

  • 线程的利用数据和CPU的使用率有肯定的交换吗

 

问题1:WaitOne完成等待的规律

从前,我们先来简单的问询下多线程信号控制AutoReset伊芙nt类。

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

此代码会在 WaitOne 的地点会直接等候下去。除非有其它一个线程执行 AutoReset伊夫(Eve)nt 的set方法。

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

这般,到了 WaitOne 就可以直接执行下去。没有有任何等待。

现今我们对APM 异步编程模型中的 WaitOne 等待是不是领略了点什么啊。我们回头来贯彻在此之前自定义异步方法的异步等待。

C++ 35

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;
    }
}

C++ 36

戊戌革命代码就是增创的异步等待。

【执行步骤】

C++ 37

 

问题2:异步为何会进步性能

比如同步代码:

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

其一代码需要20秒。

假诺是异步:

C++ 38

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();

C++ 39

这样就如若10秒了。这样就节约了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();

异步执行中间没有耗时的代码那么这么的异步将是从未有过趣味的。

或者:

C++ 40

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

C++ 41

把耗时任务放在异步等待后,这这样的代码也是不会有性能提升的。

再有一种情景:

一经是单核CPU举行高密集运算操作,那么异步也是尚未意思的。(因为运算是那多少个耗CPU,而网络请求等待不耗CPU)

 

题目3:线程的使用数据和CPU的使用率有自然的牵连呢

答案是否。

要么拿单核做假若。

情况1:

C++ 42

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

C++ 43

单核下,我们只启动一个线程,就可以让你CPU爆满。

C++ 44C++ 45

初阶八次,八过程CPU基本满员。

情况2:

C++ 46

C++ 47

一千四个线程,而CPU的使用率竟然是0。因此,我们赢得了事先的定论,线程的施用数据和CPU的使用率没有早晚的联系。

即便如此这么,不过也不可能毫无节制的打开线程。因为:

  • 翻开一个新的线程的长河是相比较耗资源的。(可是使用线程池,来降低开启新线程所耗费的资源)
  • 多线程的切换也是亟需时日的。
  • 各样线程占用了迟早的内存保存线程上下文音讯。

 

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