淺談多線程和異步

　　最近很忙，因此拿出時間來寫博客也算是忙里偷閑了，繼承前面的一貫風格，繼續淺談胡侃。
　　最近在項目中遇到了Socket異步網絡傳輸的問題，所以沉下心來整理下。於是，先問了下度娘，結果找到了園友志良的一篇文章《C#中異步和多線程的區別》（參考文獻1），精讀了一遍，個人覺得理解的很好，自己學習下之余，又動手加工了一下以分享給各位博友，希望各位博友能對異步和多線程有一個清楚的認識。

　　C#中異步和多線程的區別是什么呢？異步和多線程兩者都可以達到避免調用線程阻塞的目的，從而提高軟件的可響應性。甚至有些時候我們就認為異步和多線程是等同的概念。但是，異步和多線程還是有一些區別的。而這些區別造成了使用異步和多線程的時機的區別。　　

　　異步操作的本質

　　所有的程序最終都會由計算機硬件來執行，所以為了更好的理解異步操作的本質，我們有必要了解一下它的硬件基礎。 熟悉電腦硬件的朋友肯定對DMA這個詞不陌生，硬盤、光驅的技術規格中都有明確DMA的模式指標，其實網卡、聲卡、顯卡也是有DMA功能的。DMA就是直 接內存訪問的意思，也就是說，擁有DMA功能的硬件在和內存進行數據交換的時候可以不消耗CPU資源。只要CPU在發起數據傳輸時發送一個指令，硬件就開 始自己和內存交換數據，在傳輸完成之后硬件會觸發一個中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是異步操作的硬件基礎。所以即使在DOS 這樣的單進程（而且無線程概念）系統中也同樣可以發起異步的DMA操作。

　　線程的本質

　　線程不是一個計算機硬件的功能，而是操作系統提供的一種邏輯功能，線程本質上是進程中一段並發運行的代碼，所以線程需要操作系統投入CPU資源來運行和調度。

　　異步操作的優缺點

　　因為異步操作無須額外的線程負擔，並且使用回調的方式進行處理，在設計良好的情況下，處理函數可以不必使用共享變量（即使無法完全不用，最起碼可以減少 共享變量的數量），減少了死鎖的可能。當然異步操作也並非完美無暇。編寫異步操作的復雜程度較高，程序主要使用回調方式進行處理，與普通人的思維方式有些出入，而且難以調試。

　　多線程的優缺點

　　多線程的優點很明顯，線程中的處理程序依然是順序執行，符合普通人的思維習慣，所以編程簡單。但是多線程的缺點也同樣明顯，線程的使用（濫用）會給系統帶來上下文切換的額外負擔。並且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現。

　　適用范圍

　　在了解了線程與異步操作各自的優缺點之后，我們可以來探討一下線程和異步的合理用途。我認為：當需要執行I/O操作時，使用異步操作比使用線程+同步 I/O操作更合適。I/O操作不僅包括了直接的文件、網絡的讀寫，還包括數據庫操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨進程的調用。

　　而線程的適用范圍則是那種需要長時間CPU運算的場合，例如耗時較長的圖形處理和算法執行。但是往往由於使用線程編程的簡單和符合習慣，所以很多朋友往往會使用線程來執行耗時較長的I/O操作。這樣在只有少數幾個並發操作的時候還無傷大雅，如果需要處理大量的並發操作時就不合適了。

　　異步的一個示例

　　大家可能都知道，使用delegate可以“自動”使一個方法可以進行異步的調用。從直覺上來說，我覺得是由編譯器或者CLR使用了另外的線程來執行目標方法。到底是不是這樣呢？

using System;
using System.Threading;
namespace 異步
{
    delegate void AsyncFoo(int i);
    class Program
    {
        /// ﹤summary﹥   
        /// 輸出當前線程的信息   
        /// ﹤/summary﹥      
        /// ﹤param name="name"﹥方法名稱﹤/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﹥   
        /// 測試方法，Sleep一定時間   
        /// ﹤/summary﹥   
        /// ﹤param name="i"﹥Sleep的時間﹤/param﹥   
        static void Foo(int i)
        {
            PrintCurrThreadInfo("Foo()");
            Thread.Sleep(i);
        }


        /// ﹤summary﹥   
        /// 投遞一個異步調用   
        /// ﹤/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);
        }
    }
}

程序的輸出如下：

看樣子答案是肯定的。

這個示例程序很好，基本上可以說是一個異步的使用規范模板了吧，個中含義不多說了。

參考文獻：

C#中異步和多線程的區別

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

題外話：
　　經過將近3周（16天）的艱苦奮戰，今天上午，終於把公司現有的一個項目升級成為異步，醫院現場測試通過！其中涉及兩塊，一塊是客戶端的門診醫生站程序，另一塊是服務器端！而后者的升級，對DebugLZQ現在所在的創業型公司來講，也許提升的競爭力不是一點兩點，因為不同的系統可以共用這個服務器！
　　DebugLZQ也再一次真切的體會到了，實驗室的產品走上商用，要經過的一些列的種種麻煩----網絡傳輸速度、（大）數據並發、用戶體驗、數據庫系統的可靠性、程序的穩定性（異常恢復）、軟件系統安全性，甚至有時需要考慮到一些軟硬件環境的問題。陪着“老板”一路走過來，着實不易！個中滋味，只有DebugLZQ知道。

　　可能很快DebugLZQ就要離開現在的這個公司，因為馬上要畢業了，還是希望師弟師妹們能把技術傳承下去，也希望“老板”的公司茁壯成長，做強做大！