.net 读书笔记 区分异步和多线程应用场景

在软件开发过程中，有一个领域的工作处理起来几乎总是最棘手的，这就是多线程编码。由多线程带来的传值、取值、资源同步、线程暂停、取消等操作会困扰每一个尝试编写此类代码的程序员。微软在这方面也做了巨大的努力，现在FCL中有了非常丰富的API可供选择，以便编写多线程代码。但这也带来了一个新问题：选择太多了，该选择什么样的类和方法呢？

本章将通过具体的实例，让我们熟悉异步、多线程、任务和并行。我们会了解到异步的实质、任务的实质，以及为什么有了任务还需要一个并行类（Parallel）等问题。同时，本章内容还会告诉我们如何优雅地控制线程，并且处理任务和并行中的异常。

多线程编码是所有开发人员前进途中的一个坎，现在，该是尝试克服它的时候了。

建议71：区分异步和多线程应用场景

初学者有时候会将异步和多线程混为一谈。如果对它们之间的区别不是很清楚，很容易写出下面这样的代码：

1. private void buttonGetPage_Click(object sender, EventArgs e) 
2. { 
3.     Thread t = new Thread(() =>
4.     { 
5.         var request = HttpWebRequest.Create("http://www.cnblogs.com/luminji"); 
6.         var response = request.GetResponse(); 
7.         var stream = response.GetResponseStream(); 
8.         using (StreamReader reader = new StreamReader(stream)) 
9.         { 
10.             var content = reader.ReadLine(); 
11.             textBoxPage.Text = content; 
12.         } 
13.     }); 
14.     t.Start(); 
15. }

上面的代码模拟了在一个Winform窗体程序中，单击Button获取某个网页的内容并显示出来。可以预见，如果该网页的内容很多，或者当前的网络状况不太好，获取网页的过程会持续较长时间。于是，我们可能会想到用新起工作线程的方法来完成这项工作，这样在等待网页内容返回的过程中Winform界面就不会被阻滞了。

是的，上面的程序解决了界面阻滞的问题，但是，它高效吗？答案是：不。要理解这一点，需要从“IO操作的DMA（Direct Memory Access）模式”开始讲起。DMA即直接内存访问，是一种不经过CPU而直接进行内存数据存储的数据交换模式。通过DMA的数据交换几乎可以不损耗CPU的资源。在硬件中，硬盘、网卡、声卡、显卡等都有DMA功能。CLR所提供的异步编程模型就是让我们充分利用硬件的DMA功能来释放CPU的压力。
了解这一点，再来重新审视本建议开头的这个例子。其开头部分的示例代码可以用图6-1来阐述。

图6-1 多线程工作的示意图

为了获取网页，CLR新起了一个工作线程，然后在读取网页的整个过程中，该工作线程始终被阻滞，直到获取网页完毕为止。在整个过程中，工作线程被占用着，这意味着系统的资源始终被消耗着、等待着。

如果我们修改一下代码，使用异步模式去实现，代码如下所示：

1. private void buttonGetPage_Click(object sender, EventArgs e) 
2. { 
3.     var request = HttpWebRequest.Create("http://www.sina.com.cn"); 
4.     request.BeginGetResponse(this.AsyncCallbackImpl, request); 
5. } 
6.  
7. public void AsyncCallbackImpl(IAsyncResult ar) 
8. { 
9.     WebRequest request = ar.AsyncState as WebRequest; 
10.     var response = request.EndGetResponse(ar); 
11.     var stream = response.GetResponseStream(); 
12.     using (StreamReader reader = new StreamReader(stream)) 
13.     { 
14.         var content = reader.ReadLine(); 
15.         textBoxPage.Text = content; 
16.     } 
17. }

以上代码的工作机制可以用图6-2来描述。

图6-2 异步工作的机制

经过修改的示例采用了异步模式，它使用线程池进行管理。新起异步操作后，CLR会将工作丢给线程池中的某个工作线程来完成。当开始I/O操作的时候，异步会将工作线程还给线程池，这时候就相当于获取网页的这个工作不会再占用任何CPU资源了。直到异步完成，即获取网页完毕，异步才会通过回调的方式通知线程池，让CLR响应异步完毕。可见，异步模式借助于线程池，极大地节约了CPU的资源。

明白了异步和多线程的区别后，我们来确定两者的应用场景：

计算密集型工作，采用多线程。

IO密集型工作，采用异步机制。