C#?異步多線程入門基礎
進程、線程
1. 進程
首先了解,什么是線程? 即一個應用程序運行時,占用資源的綜合是一個進程。Windows 任務管理器里面可以看到,里面一個個都是在運行的進程。
2. 線程
線程是執(zhí)行流的最小單位。線程其實是看不到的,其實也可以,例如 Windows 任務管理器:正在運行 272 個進程,272 個進程運行了 3909 個線程,也就是一個進程可以擁有多個線程。
分時、分片
現(xiàn)在有個怪相,CPU 實在太快了,內(nèi)存顯卡其他硬件資源其實都跟不上 CPU 的速度,于是就產(chǎn)生了分片的概念。從微觀角度來講,以前電腦很多都是單核,一時刻只能執(zhí)行一個線程,按照這個道理,為什么我們的計算機還可以同時運行許多個應用呢。但從宏觀來說是并發(fā)的,多個應用同時執(zhí)行,我們既可以掃雷也可以完蜘蛛紙牌還可以聽音樂。這就是分片,分片會產(chǎn)生一個上下文,假設當前執(zhí)行掃雷線程,下一個時刻執(zhí)行蜘蛛紙牌線程,CPU 會將掃雷線程上下文保存起來,切換成蜘蛛紙牌線程,這樣進行來回調度,從宏觀來看是并發(fā)的。
這個補充一點額外知識,多 CPU 多核,本身就可以完成多個線程的計算,可以獨立工作。4核8線程,核就是物理的核,線程是虛擬的核,每個核可以進行分片做并發(fā)的。
同步、異步
我們開發(fā)人員口中常說的同步、異步,其實是對方法執(zhí)行的描述。因為編程語言本身是沒有線程的,它只能去向操作系統(tǒng)申請線程,去執(zhí)行代碼。
同步方法,代碼執(zhí)行第一行到最后一行依次執(zhí)行到結束,完成第一行之后進入下第二行直到最后一行,這就是同步,阻塞式的。
異步方法,不會等待當前行執(zhí)行完成,就會進行下一行執(zhí)行代碼,非阻塞式的。
異步、多線程
多線程,就是多個執(zhí)行流,同時執(zhí)行。在 C# 中多線程就是多個并發(fā)的 Thread 開啟多個線程處理任務,利用的可能是 CPU 的多核,也可能是單核 CPU 分片完成執(zhí)行的任務。
異步,其實是硬件式的異步,其實這個不太好理解。這里就拿文件寫入來說
多線程情況,線程會一直從文件寫入開始到結束,都參與工作這件事,也就是 CPU 會處理寫文件操作,線程會一直等待 CPU 向磁盤寫入文件直到完成。
異步情況,線程會給 CPU 發(fā)個指令與文件流交個操作系統(tǒng),線程就可以忙別的事情去了,也就是利用硬件的特性,發(fā)個指令讓操作系統(tǒng)完成文件寫入,線程去執(zhí)行其他任務,等 CPU 寫完后發(fā)個指令回來,通知到線程。
有同學會問這個異步怎么寫,其實在程序中是寫不了這個的,這是操作系統(tǒng)底層的東西,在 WPF 里面就可以直接調用。 C# 中常說的異步多線程指的是 ThreadPool、Task ,都是基于 Thread 完成的,只是 C# 語言進行了封裝的。
異步多線程效率
說起異步很多人都知道,同步方法慢,異步多線程快,這個大家心里面都是這么認為的。但效率究竟提升了多少呢
我們看下面程序,定義一個普通方法 Sum 做些 CPU 密集型運算,然后在 Main 方法,分別同步與異步,執(zhí)行 Sum 方法。即同樣的任務使用單線程(主線程)運行五次,再使用多線程開啟 5 個線程,分別執(zhí)行。
public static void Sum(int f) { Console.WriteLine($"第{f}次 start:{DateTime.Now.ToLongTimeString()},Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); decimal s = 0; for (int i = 0; i < 1000000000; i++) { s = s + i; } Console.WriteLine($"第{f}次 end:{DateTime.Now.ToLongTimeString()},Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); } static void Main(string[] args) { Console.WriteLine($"同步 start:{DateTime.Now.ToLongTimeString()},Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); for (int i = 0; i < 5; i++) { Sum(i); } Console.WriteLine($"同步 end:{DateTime.Now.ToLongTimeString()},Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine(); Console.WriteLine($"異步 start:{DateTime.Now.ToLongTimeString()},Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); for (int i = 0; i < 5; i++) { Action<int> action = Sum; action.BeginInvoke(i,null,null); } Console.WriteLine($"異步 end:{DateTime.Now.ToLongTimeString()},Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.ReadKey(); }
啟動程序,可以看到,同步方法1個線程執(zhí)行了 2 分 40 秒,異步方法 5 個線程執(zhí)行了 52 秒,很顯然異步方法快與同步方法四倍多。
說到這可能有的同學會發(fā)現(xiàn),同步1個線程,異步5個線程,為什么效率不提升五倍呢,不是線性增長呢?其實,異步效率提升受限于資源限制、上下文切換成本
上面我們說過 CPU 的分時分片,即使單核也可以同時運行多個程序,那既要馬兒跑得快,又要馬兒不吃草,怎么可能呢,這就是上下文切換的管理成本。
資源限制,異步效率不高也可能資源不夠。如下,我們啟動資源管理器并啟動程序,可以看到同步時 CPU 使用的資源并不高執(zhí)行但時間長,當多線程時 CPU 達到了 100% 但執(zhí)行時間短,也就是一種資源換時間策略。
多線程無序性
因為計算機的分時分片,會使得多線程無序。即啟動無序、執(zhí)行無序、結束無序。
啟動無序,線程是操作系統(tǒng)的,C# 并沒有線程,C# 需要向操作系統(tǒng)申請線程,假設同時或者有序向向操作系統(tǒng)申請線程,但操作系統(tǒng)并不是按順序給線程,可能后申請的先拿到線程,也可能先申請的后拿到線程。
執(zhí)行無序,程序拿到了操作系統(tǒng)分片的線程后,我們執(zhí)行的任務運氣好了可能后申請的先執(zhí)行,運氣差了先申請的后執(zhí)行,都是非常常見的。
結束無序,這個受執(zhí)行無序、分時分片運氣、任務量的影響。開始執(zhí)行無序已經(jīng)說過;分時分片運氣,當我的 CPU 執(zhí)行一個任務,并不是任務執(zhí)行完了才會進行上下文的切換去執(zhí)行其他任務,而是可以隨時暫停切換執(zhí)行其他任務的;任務量就是,做的任務多少不同,即使同一時刻開始執(zhí)行,完成的時間必然不一樣。
擴展
1 . 同一個線程做相同的事情,耗時時間一樣嗎?
答案:不一樣,應為CPU是分片的,運氣好瘋狂拿時間片,運氣不好十次也拿不到。
異步多線程版本
在 .NET 中隨著時間的發(fā)展,線程是有許多個版本的 1.0 Thread、2.0 TthreadPool、3.0 Task、4.0 Parallel 等,每個版本都是其特點,后面我們一一進行講解。
以上就是C# 異步多線程入門基礎的詳細內(nèi)容,更多關于C# 異步多線程的資料請關注腳本之家其它相關文章!
相關文章
Winform學生信息管理系統(tǒng)登陸窗體設計(1)
這篇文章主要為大家詳細介紹了Winform學生信息管理系統(tǒng)登陸窗體設計思路,感興趣的小伙伴們可以參考一下2016-05-05使用C#調用系統(tǒng)API實現(xiàn)內(nèi)存注入的代碼
使用C#調用系統(tǒng)API實現(xiàn)內(nèi)存注入的代碼,學習c#的朋友可以參考下。2011-06-06