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C#編程總結(jié)（六）詳解異步編程

更新時間：2016年12月01日 09:57:15 作者：停留的風(fēng)

本篇文章主要介紹了C#異步編程，小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧。

1、什么是異步？

異步操作通常用于執(zhí)行完成時間可能較長的任務(wù)，如打開大文件、連接遠(yuǎn)程計算機(jī)或查詢數(shù)據(jù)庫。異步操作在主應(yīng)用程序線程以外的線程中執(zhí)行。應(yīng)用程序調(diào)用方法異步執(zhí)行某個操作時，應(yīng)用程序可在異步方法執(zhí)行其任務(wù)時繼續(xù)執(zhí)行。

2、同步與異步的區(qū)別

同步（Synchronous）：在執(zhí)行某個操作時，應(yīng)用程序必須等待該操作執(zhí)行完成后才能繼續(xù)執(zhí)行。

異步（Asynchronous）：在執(zhí)行某個操作時，應(yīng)用程序可在異步操作執(zhí)行時繼續(xù)執(zhí)行。實(shí)質(zhì)：異步操作，啟動了新的線程，主線程與方法線程并行執(zhí)行。

3、異步和多線程的區(qū)別

我們已經(jīng)知道，異步的實(shí)質(zhì)是開啟了新的線程。它與多線程的區(qū)別是什么呢？

簡單的說就是：異步線程是由線程池負(fù)責(zé)管理，而多線程，我們可以自己控制，當(dāng)然在多線程中我們也可以使用線程池。

就拿網(wǎng)絡(luò)扒蟲而言，如果使用異步模式去實(shí)現(xiàn)，它使用線程池進(jìn)行管理。異步操作執(zhí)行時，會將操作丟給線程池中的某個工作線程來完成。當(dāng)開始I/O操作的時候，異步會將工作線程還給線程池，這意味著獲取網(wǎng)頁的工作不會再占用任何CPU資源了。直到異步完成，即獲取網(wǎng)頁完畢，異步才會通過回調(diào)的方式通知線程池?？梢?，異步模式借助于線程池，極大地節(jié)約了CPU的資源。

注：DMA（Direct Memory Access）直接內(nèi)存存取，顧名思義DMA功能就是讓設(shè)備可以繞過處理器，直接由內(nèi)存來讀取資料。通過直接內(nèi)存訪問的數(shù)據(jù)交換幾乎可以不損耗CPU的資源。在硬件中，硬盤、網(wǎng)卡、聲卡、顯卡等都有直接內(nèi)存訪問功能。異步編程模型就是讓我們充分利用硬件的直接內(nèi)存訪問功能來釋放CPU的壓力。

兩者的應(yīng)用場景：

計算密集型工作，采用多線程。

IO密集型工作，采用異步機(jī)制。

4、異步應(yīng)用

.NET Framework 的許多方面都支持異步編程功能，這些方面包括：

1）文件 IO、流 IO、套接字 IO。

2）網(wǎng)絡(luò)。

3）遠(yuǎn)程處理信道（HTTP、TCP）和代理。

4）使用 ASP.NET 創(chuàng)建的 XML Web services。

5）ASP.NET Web 窗體。

6）使用 MessageQueue 類的消息隊列。

.NET Framework 為異步操作提供兩種設(shè)計模式：

1）使用 IAsyncResult 對象的異步操作。

2）使用事件的異步操作。

IAsyncResult 設(shè)計模式允許多種編程模型，但更加復(fù)雜不易學(xué)習(xí)，可提供大多數(shù)應(yīng)用程序都不要求的靈活性?？赡艿脑挘悗煸O(shè)計者應(yīng)使用事件驅(qū)動模型實(shí)現(xiàn)異步方法。在某些情況下，庫設(shè)計者還應(yīng)實(shí)現(xiàn)基于 IAsyncResult 的模型。

使用 IAsyncResult 設(shè)計模式的異步操作是通過名為 Begin操作名稱和End操作名稱的兩個方法來實(shí)現(xiàn)的，這兩個方法分別開始和結(jié)束異步操作操作名稱。例如，F(xiàn)ileStream 類提供 BeginRead 和 EndRead 方法來從文件異步讀取字節(jié)。這兩個方法實(shí)現(xiàn)了 Read 方法的異步版本。在調(diào)用 Begin操作名稱后，應(yīng)用程序可以繼續(xù)在調(diào)用線程上執(zhí)行指令，同時異步操作在另一個線程上執(zhí)行。每次調(diào)用 Begin操作名稱時，應(yīng)用程序還應(yīng)調(diào)用 End操作名稱來獲取操作的結(jié)果。Begin操作名稱方法開始異步操作操作名稱并返回一個實(shí)現(xiàn) IAsyncResult 接口的對象。 .NET Framework 允許您異步調(diào)用任何方法。定義與您需要調(diào)用的方法具有相同簽名的委托；公共語言運(yùn)行庫將自動為該委托定義具有適當(dāng)簽名的 BeginInvoke 和 EndInvoke 方法。

IAsyncResult 對象存儲有關(guān)異步操作的信息。下表提供了有關(guān)異步操作的信息。

名稱	說明
AsyncState	獲取用戶定義的對象，它限定或包含關(guān)于異步操作的信息。
AsyncWaitHandle	獲取用于等待異步操作完成的 WaitHandle。
CompletedSynchronously	獲取一個值，該值指示異步操作是否同步完成。
IsCompleted	獲取一個值，該值指示異步操作是否已完

5、應(yīng)用實(shí)例

案例1-讀取文件

通常讀取文件是一個比較耗時的工作，特別是讀取大文件的時候，常見的上傳和下載。但是我們又不想讓用戶一直等待，用戶同樣可以進(jìn)行其他操作，可以使得系統(tǒng)有良好的交互性。這里我們寫了同步調(diào)用和異步調(diào)用來進(jìn)行比較說明。

讀取文件類

using System;
using System.IO;
using System.Threading;

namespace AsynSample
{
  class FileReader
  {
    /// <summary>
    /// 緩存池
    /// </summary>
    private byte[] Buffer { get; set; }
    /// <summary>
    /// 緩存區(qū)大小
    /// </summary>
    public int BufferSize { get; set; }

    public FileReader(int bufferSize)
    {
      this.BufferSize = bufferSize;
      this.Buffer = new byte[BufferSize];
    }

    /// <summary>
    /// 同步讀取文件
    /// </summary>
    /// <param name="path">文件路徑</param>
    public void SynsReadFile(string path)
    {
      Console.WriteLine("同步讀取文件 begin");
      using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open))
      {        
        fs.Read(Buffer, 0, BufferSize);
        string output = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(Buffer);
        Console.WriteLine("讀取的文件信息：{0}",output);
      }
      
      Console.WriteLine("同步讀取文件 end");
    }
    /// <summary>
    /// 異步讀取文件
    /// </summary>
    /// <param name="path"></param>
    public void AsynReadFile(string path)
    {
      Console.WriteLine("異步讀取文件 begin");
      //執(zhí)行Endread時報錯，fs已經(jīng)釋放，注意在異步中不能使用釋放需要的資源
      //using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open))
      //{
      //  Buffer = new byte[BufferSize];
      //  fs.BeginRead(Buffer, 0, BufferSize, AsyncReadCallback, fs);
      //} 
      if (File.Exists(path))
      {
        FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open);
        fs.BeginRead(Buffer, 0, BufferSize, AsyncReadCallback, fs);
      }
      else
      {
        Console.WriteLine("該文件不存在");
      }

    }
    /// <summary>
    /// 
    /// </summary>
    /// <param name="ar"></param>
    void AsyncReadCallback(IAsyncResult ar)
    {
      FileStream stream = ar.AsyncState as FileStream;
      if (stream != null)
      {
        Thread.Sleep(1000);
        //讀取結(jié)束
        stream.EndRead(ar);
        stream.Close();

        string output = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(this.Buffer);
        Console.WriteLine("讀取的文件信息：{0}", output);
      }
    }
  }
}

測試用例

using System;
using System.Threading;

namespace AsynSample
{
  class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      FileReader reader = new FileReader(1024);

      //改為自己的文件路徑
      string path = "C:\\Windows\\DAI.log";

      Console.WriteLine("開始讀取文件了...");
      //reader.SynsReadFile(path);

      reader.AsynReadFile(path);

      Console.WriteLine("我這里還有一大灘事呢.");
      DoSomething();
      Console.WriteLine("終于完事了，輸入任意鍵，歇著！");
      Console.ReadKey();      
    }
    /// <summary>
    /// 
    /// </summary>
    static void DoSomething()
    {
      Thread.Sleep(1000);
      for (int i = 0; i < 10000; i++)
      {
        if (i % 888 == 0)
        {
          Console.WriteLine("888的倍數(shù)：{0}",i);
        }
      }
    }
  }
}

輸出結(jié)果：

同步輸出：

異步輸出：

結(jié)果分析：

如果是同步讀取，在讀取時，當(dāng)前線程讀取文件，只能等到讀取完畢，才能執(zhí)行以下的操作

而異步讀取，是創(chuàng)建了新的線程，讀取文件，而主線程，繼續(xù)執(zhí)行。我們可以開啟任務(wù)管理器來進(jìn)行監(jiān)視。

案例二--基于委托的異步操作

系統(tǒng)自帶一些類具有異步調(diào)用方式，如何使得自定義對象也具有異步功能呢？

我們可以借助委托來輕松實(shí)現(xiàn)異步。

說到BeginInvoke，EndInvoke就不得不停下來看一下委托的本質(zhì)。為了便于理解委托，我定義一個簡單的委托：

public delegate string MyFunc(int num, DateTime dt);

我們再來看一下這個委托在編譯后的程序集中是個什么樣的：

委托被編譯成一個新的類型，擁有BeginInvoke，EndInvoke，Invoke這三個方法。前二個方法的組合使用便可實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用。第三個方法將以同步的方式調(diào)用。其中BeginInvoke方法的最后二個參數(shù)用于回調(diào)，其它參數(shù)則與委托的包裝方法的輸入?yún)?shù)是匹配的。 EndInvoke的返回值與委托的包裝方法的返回值匹配。

異步實(shí)現(xiàn)文件下載：

using System;
using System.Text;

namespace AsynSample
{
  /// <summary>
  /// 下載委托
  /// </summary>
  /// <param name="fileName"></param>
  public delegate string AysnDownloadDelegate(string fileName);
  /// <summary>
  /// 通過委托實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用
  /// </summary>
  class DownloadFile
  {
    /// <summary>
    /// 同步下載
    /// </summary>
    /// <param name="fileName"></param>
    public string Downloading(string fileName)
    {
      string filestr = string.Empty;
      Console.WriteLine("下載事件開始執(zhí)行");
      System.Threading.Thread.Sleep(3000);
      Random rand = new Random();
      StringBuilder builder =new StringBuilder();
      int num;
      for(int i=0;i<100;i++)
      {
        num = rand.Next(1000);
        builder.Append(i);
      }
      filestr = builder.ToString();
      Console.WriteLine("下載事件執(zhí)行結(jié)束");

      return filestr;
    }
    /// <summary>
    /// 異步下載
    /// </summary>
    public IAsyncResult BeginDownloading(string fileName)
    {
      string fileStr = string.Empty;
      AysnDownloadDelegate downloadDelegate = new AysnDownloadDelegate(Downloading);
      return downloadDelegate.BeginInvoke(fileName, Downloaded, downloadDelegate);
    }
    /// <summary>
    /// 異步下載完成后事件
    /// </summary>
    /// <param name="result"></param>
    private void Downloaded(IAsyncResult result)
    {
      AysnDownloadDelegate aysnDelegate = result.AsyncState as AysnDownloadDelegate;
      if (aysnDelegate != null)
      {
        string fileStr = aysnDelegate.EndInvoke(result);
        if (!string.IsNullOrEmpty(fileStr))
        {
          Console.WriteLine("下載文件：{0}", fileStr);
        }
        else
        {
          Console.WriteLine("下載數(shù)據(jù)為空!");
        }
      }
      else
      {
        Console.WriteLine("下載數(shù)據(jù)為空!");
      }
    }
  }
}

通過案例，我們發(fā)現(xiàn)，使用委托能夠很輕易的實(shí)現(xiàn)異步。這樣，我們就可以自定義自己的異步操作了。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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