异步编程与多线程的联系与区别

浅谈异步与多线程的区别

　　C#中异步和多线程的区别是什么呢？异步和多线程两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的，从而提高软件的可响应性。甚至有些时候我们就认为异步和多线程是等同的概念。但是，异步和多线程还是有一些区别的。而这些区别造成了使用异步和多线程的时机的区别。　　

　　异步操作的本质

　　所有的程序最终都会由计算机硬件来执行，所以为了更好的理解异步操作的本质，我们有必要了解一下它的硬件基础。熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生，硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标，其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直接内存访问的意思，也就是说，拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。只要CPU在发起数据传输时发送一个指令，硬件就开始自己和内存交换数据，在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS 这样的单进程（而且无线程概念）系统中也同样可以发起异步的DMA操作。

　　线程的本质

　　线程不是一个计算机硬件的功能，而是操作系统提供的一种逻辑功能，线程本质上是进程中一段并发运行的代码，所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

　　异步操作的优缺点

　　因为异步操作无须额外的线程负担，并且使用回调的方式进行处理，在设计良好的情况下，处理函数可以不必使用共享变量（即使无法完全不用，最起码可以减少共享变量的数量），减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高，程序主要使用回调方式进行处理，与普通人的思维方式有些出入，而且难以调试。

　　多线程的优缺点

　　多线程的优点很明显，线程中的处理程序依然是顺序执行，符合普通人的思维习惯，所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显，线程的使用（滥用）会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

　　适用范围

　　在了解了线程与异步操作各自的优缺点之后，我们可以来探讨一下线程和异步的合理用途。我认为：当需要执行I/O操作时，使用异步操作比使用线程+同步 I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写，还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨进程的调用。

　　而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合，例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往往由于使用线程编程的简单和符合习惯，所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅，如果需要处理大量的并发操作时就不合适了。

　　异步的一个示例

　　大家可能都知道，使用delegate可以“自动”使一个方法可以进行异步的调用。从直觉上来说，我觉得是由编译器或者CLR使用了另外的线程来执行目标方法。到底是不是这样呢？

using System;
using System.Threading;
namespace 异步
{
    delegate void AsyncFoo(int i);
    class Program
    {
        /// ﹤summary﹥   
        /// 输出当前线程的信息   
        /// ﹤/summary﹥      
        /// ﹤param name="name"﹥方法名称﹤/param﹥    
        static void PrintCurrThreadInfo(string name)
        {
            Console.WriteLine("Thread Id of " + name + " is: " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ", current thread is "
                + (Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread ? "" : "not ") + "thread pool thread.");
        }


        /// ﹤summary﹥   
        /// 测试方法，Sleep一定时间   
        /// ﹤/summary﹥   
        /// ﹤param name="i"﹥Sleep的时间﹤/param﹥   
        static void Foo(int i)
        {
            PrintCurrThreadInfo("Foo()");
            Thread.Sleep(i);
        }


        /// ﹤summary﹥   
        /// 投递一个异步调用   
        /// ﹤/summary﹥   
        static void PostAsync()
        {
            AsyncFoo caller = new AsyncFoo(Foo);
            caller.BeginInvoke(1000, new AsyncCallback(FooCallBack), caller);
        }


        static void Main(string[] args)
        {
            PrintCurrThreadInfo("Main()");
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                PostAsync();
            }
            Console.ReadLine();
        }


        static void FooCallBack(IAsyncResult ar)
        {
            PrintCurrThreadInfo("FooCallBack()");
            AsyncFoo caller = (AsyncFoo)ar.AsyncState;
            caller.EndInvoke(ar);
        }
    }
}

程序的输出如下：

看样子答案是肯定的。

这个示例程序很好，基本上可以说是一个异步的使用规范模板了吧，个中含义不多说了。

参考文献：

C#中异步和多线程的区别

C#网络Socket编程(基本概念和操作) - Part.1，2,，3，4,5