.NET中的並行處理，並發和異步編程。

網上看了很多異步的方式，各種方式都有，梳理下.NET中編寫異步的方式，避免混淆。.NET提供的異步方式可以歸納為三種：.NET中的並行處理，並發和異步編程。在梳理.NET中的並行處理，並發和異步編程之前，先來了解下同步、異步、並行、並發等概念

一、異步編程中涉及的概念

1、同步(Synchronous)和異步(Asynchronous)

同步和異步的本質區別是是否需要等待，比如一個方法要執行，必須等前面一個方法程執行完成，才可以執行，這就是同步。如果不需要等上一個方法執行完成，並行或者並發執行，這就是異步調用。

2、並發(Concurrency)和並行(Parallelism)

• 並行才是真正意義上的並行執行，並發只是線程的交替執行，有可能存在串行的情況。在單核CPU的系統，線程只能是並發的，而不能支持並行，並行執行只能存在與多核CPU的系統。並行(parallel)：指在同一時刻，有多條指令在多個處理器上同時執行。所以無論從微觀還是從宏觀來看，二者都是一起執行的。

 

• 並發(concurrency)：指在同一時刻只能有一條指令執行，但多個進程指令被快速的輪換執行，使得在宏觀上具有多個進程同時執行的效果，但在微觀上並不是同時執行的，只是把時間分成若干段，使多個進程快速交替的執行。

 

3、臨界區

臨界區，可以理解為公共的資源或者說共享數據。臨界區具有保護性，也就是說，只能一個線程占用臨界區，一旦一個線程占了臨界區，另外一個線程是不予許再占用的，必須等線程釋放了才行。

4、阻塞(Blocking)和非阻塞(Non-Blocking)

阻塞是線程的一種比較嚴重的情況，從前面我們知道了臨界區只能允許一個線程占用，假如一個線程因為執行時間過長，占用了臨界區，不掛起，其它想要占用臨界區的線程只能等待，這種情況就容易造成線程阻塞。非阻塞的話就相反了，指所有線程都正常執行，不會出現線程占臨界區不掛起的情況。

5、飢餓(Starvation)、死鎖(Deadlock)和活鎖(Livelock)　　

飢餓，有些情況可能是一個線程優先級太低了，每次都被其它線程占用了，導致該線程一直不能占用臨界區。也有一些情況是上一個線程執行時間太長了，一直沒釋放，導致其它線程都不能占用臨界區，這也是造成線程飢餓。死鎖有可能是因為線程死循環調用等等情況造成的，一旦出現這種情況估計就得人工排查了。活鎖，是因為線程互相掛起臨界區，給其它線程用，互相“謙讓”，導致資源在兩個或者幾個線程之間跳到，這種情況就是活鎖。

 

二、異步編程　

.NET提供了三種用於執行異步操作的模式：

• 基於任務的異步模式（TAP），它使用一種方法來表示異步操作的啟動和完成。TAP是在.NET Framework 4中引入的。這是.NET 中異步編程的推薦方法。C＃中的async和await關鍵字以及Visual Basic中的Async和Await運算符添加了對TAP的語言支持。

• 基於事件的異步模式（EAP），這是用於提供異步行為的基於事件的舊模型。它需要一種具有Async后綴和一個或多個事件，事件處理程序委托類型以及EventArg派生類型的方法。EAP是在.NET Framework 2.0中引入的。不再推薦用於新開發。

• 異步編程模型（APM）模式（也稱為IAsyncResult模式），這是使用IAsyncResult接口提供異步行為的舊模型。在這種模式下，同步操作需要Begin和End方法（例如，BeginWrite並EndWrite實現異步寫操作）。對於新的開發，不再建議使用此模式。

1、APM模式

（1）APM詳解

APM是微軟利用委托和線程池幫助我們實現的一個模式，該模式利用一個線程池線程去執行一個操作，在FileStream類BeginRead方法中就是執行一個讀取文件操作，該線程池線程會立即將控制權返回給調用線程，此時線程池線程在后台進行這個異步操作；異步操作完成之后，通過回調函數來獲取異步操作返回的結果。此時就是利用委托的機制。所以說APM是利用委托和線程池線程搞出來的模式，包括后面的基於事件的異步編程和基於任務的異步編程，還有C# 5中的async和await關鍵字，都是利用這委托和線程池搞出來的。他們的本質都一樣，后面方法使異步編程更加簡單。.NET1.0時期就提出的一種異步模式，並且基於IAsyncResult接口實現BeginXXX和EndXXX類似的方法。.net中有很多類實現了該模式(比如HttpWebRequest)，同時我們也可以自定義類來實現APM模式(繼承IAsyncResult接口並且實現BeginXXX和EndXXX方法)

（2）HttpWebRequest示例

using System;
using System.IO;
using System.Net;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace APMDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            string url = "https://www.baidu.com/";
            var request = HttpWebRequest.Create(url);
            request.BeginGetResponse(AsyncCallbackMethod, request);//BeginGetResponse,發起異步請求
            Console.WriteLine($"運行主線程");
            Console.ReadKey();
        }

        /// <summary>
        /// 回調方法
        /// </summary>
        /// <param name="asyncResult"></param>
        public static void AsyncCallbackMethod(IAsyncResult asyncResult)
        {
            HttpWebRequest request = asyncResult.AsyncState as HttpWebRequest;
            var response = request.EndGetResponse(asyncResult);//EndGetResponse異步請求完成
            var stream = response.GetResponseStream();
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            Console.WriteLine($"當前線程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            using (StreamReader reader = new StreamReader(stream))
            {
                var content = reader.ReadLine();
                sb.AppendLine(content);
                Console.WriteLine($"結果：{sb.ToString()}");
            }
        }
    }
}

執行結果：

2、EAP模式

（1）詳解

EAP是.net 2.0提出的，實現了基於事件的異步模式的類將具有一個或者多個以Async為后綴的方法和對應的Completed事件，並且這些類都支持異步方法的取消、進度報告和報告結果。然而.net中並不是所有的類都支持EAP。當調用基於事件的EAP模式的類的XXXAsync方法時，就開始了一個異步操作，並且基於事件的EAP模式是基於APM模式之上的，而APM又是建立在委托之上的。下面的Demo就以BackgroundWorker類來演示如何使用EAP異步。

（2）示例

using System;
using System.ComponentModel;

namespace EAPDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            EAPManage.GetStudentAsync(4, student =>
            {
                Console.WriteLine($"學生姓名：{student.Name}");
            });
            Console.WriteLine($"主線程中");
            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class EAPManage
    {
        /// <summary>
        /// 獲取信息
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private static Student GetStudent(int stuID)
        {
            return new Student
            {
                Id = stuID,
                Name = "xiaoming"
            };
        }

        /// <summary>
        /// (async)
        /// </summary>
        /// <param name="userItem">contain: Guid(required)</param>
        /// <param name="handler">callback</param>
        public static void GetStudentAsync(int stuID, GetStudentHandler handler)
        {
            var background = new BackgroundWorker();
            background.DoWork += (sender, e) => { e.Result = GetStudent(stuID); };
            background.RunWorkerCompleted += (sender, e) =>
            {
                if (handler == null || e.Result == null || e.Result.GetType() != typeof(Student)) return;
                handler(e.Result as Student);
            };
            background.RunWorkerAsync();
        }
        public delegate void GetStudentHandler(Student student);
    }

    public class Student
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Name { get; set; }
    }
}

執行結果：

3、TAP模式

（1）詳解

.NET4.0提出了基於任務的異步編程模型，使用 Async 和 Await 的異步編程

• 方法簽名包含 async 修飾符，按照約定，異步方法的名稱以“Async”后綴結尾
• 方法通常包含至少一個 await 表達式，該表達式標記一個點，在該點上，直到等待的異步操作完成方法才能繼續。 同時，將方法掛起，並且控制權返回到方法的調用方。
• 異步方法在 await 表達式執行時暫停並不構成方法退出，只會導致 finally 代碼塊不運行
• 標記的異步方法本身可以通過調用它的方法等待
• 異步方法通常包含 await 運算符的一個或多個實例，但缺少 await 表達式也不會導致生成編譯器錯誤。 如果異步方法未使用 await 運算符標記暫停點，那么異步方法即使有 async 修飾符也會作為同步方法執行，編譯器將為此類方法發布一個警告

三、並行編程

並行開發目前還沒有詳細了解過，這里搜羅了比較好的文章，有時間研究下

　　https://www.cnblogs.com/stoneniqiu/category/749413.html

　　https://www.cnblogs.com/huangxincheng/category/368987.html