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進(jìn)程、線程

1. 進(jìn)程

首先了解，什么是線程? 即一個(gè)應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，占用資源的綜合是一個(gè)進(jìn)程。Windows 任務(wù)管理器里面可以看到，里面一個(gè)個(gè)都是在運(yùn)行的進(jìn)程。

2. 線程

線程是執(zhí)行流的最小單位。線程其實(shí)是看不到的，其實(shí)也可以，例如 Windows 任務(wù)管理器：正在運(yùn)行 272 個(gè)進(jìn)程，272 個(gè)進(jìn)程運(yùn)行了 3909 個(gè)線程，也就是一個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線程。

分時(shí)、分片

現(xiàn)在有個(gè)怪相，CPU 實(shí)在太快了，內(nèi)存顯卡其他硬件資源其實(shí)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(lái)講，以前電腦很多都是單核，一時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)線程，按照這個(gè)道理，為什么我們的計(jì)算機(jī)還可以同時(shí)運(yùn)行許多個(gè)應(yīng)用呢。但從宏觀來(lái)說(shuō)是并發(fā)的，多個(gè)應(yīng)用同時(shí)執(zhí)行，我們既可以?huà)呃滓部梢酝曛┲爰埮七€可以聽(tīng)音樂(lè)。這就是分片，分片會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上下文，假設(shè)當(dāng)前執(zhí)行掃雷線程，下一個(gè)時(shí)刻執(zhí)行蜘蛛紙牌線程，CPU 會(huì)將掃雷線程上下文保存起來(lái)，切換成蜘蛛紙牌線程，這樣進(jìn)行來(lái)回調(diào)度，從宏觀來(lái)看是并發(fā)的。

這個(gè)補(bǔ)充一點(diǎn)額外知識(shí)，多 CPU 多核，本身就可以完成多個(gè)線程的計(jì)算，可以獨(dú)立工作。4核8線程，核就是物理的核，線程是虛擬的核，每個(gè)核可以進(jìn)行分片做并發(fā)的。

同步、異步

我們開(kāi)發(fā)人員口中常說(shuō)的同步、異步，其實(shí)是對(duì)方法執(zhí)行的描述。因?yàn)榫幊陶Z(yǔ)言本身是沒(méi)有線程的，它只能去向操作系統(tǒng)申請(qǐng)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(jié)束，完成第一行之后進(jìn)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(huì)等待當(dāng)前行執(zhí)行完成，就會(huì)進(jìn)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(gè)執(zhí)行流，同時(shí)執(zhí)行。在 C# 中多線程就是多個(gè)并發(fā)的 Thread 開(kāi)啟多個(gè)線程處理任務(wù)，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(wù)。

異步，其實(shí)是硬件式的異步，其實(shí)這個(gè)不太好理解。這里就拿文件寫(xiě)入來(lái)說(shuō)

多線程情況，線程會(huì)一直從文件寫(xiě)入開(kāi)始到結(jié)束，都參與工作這件事，也就是 CPU 會(huì)處理寫(xiě)文件操作，線程會(huì)一直等待 CPU 向磁盤(pán)寫(xiě)入文件直到完成。

異步情況，線程會(huì)給 CPU 發(fā)個(gè)指令與文件流交個(gè)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(gè)指令讓操作系統(tǒng)完成文件寫(xiě)入，線程去執(zhí)行其他任務(wù)，等 CPU 寫(xiě)完后發(fā)個(gè)指令回來(lái)，通知到線程。

有同學(xué)會(huì)問(wèn)這個(gè)異步怎么寫(xiě)，其實(shí)在程序中是寫(xiě)不了這個(gè)的，這是操作系統(tǒng)底層的東西，在 WPF 里面就可以直接調(diào)用。 C# 中常說(shuō)的異步多線程指的是 ThreadPool、Task ，都是基于 Thread 完成的，只是 C# 語(yǔ)言進(jìn)行了封裝的。

異步多線程效率

說(shuō)起異步很多人都知道，同步方法慢，異步多線程快，這個(gè)大家心里面都是這么認(rèn)為的。但效率究竟提升了多少呢

我們看下面程序，定義一個(gè)普通方法 Sum 做些 CPU 密集型運(yùn)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(wù)使用單線程（主線程）運(yùn)行五次，再使用多線程開(kāi)啟 5 個(gè)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(dòng)程序，可以看到，同步方法1個(gè)線程執(zhí)行了 2 分 40 秒，異步方法 5 個(gè)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(shuō)到這可能有的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，同步1個(gè)線程，異步5個(gè)線程，為什么效率不提升五倍呢，不是線性增長(zhǎng)呢？其實(shí)，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(shuō)過(guò) CPU 的分時(shí)分片，即使單核也可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)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(dòng)資源管理器并啟動(dòng)程序，可以看到同步時(shí) CPU 使用的資源并不高執(zhí)行但時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)多線程時(shí) CPU 達(dá)到了 100% 但執(zhí)行時(shí)間短，也就是一種資源換時(shí)間策略。

多線程無(wú)序性

因?yàn)橛?jì)算機(jī)的分時(shí)分片，會(huì)使得多線程無(wú)序。即啟動(dòng)無(wú)序、執(zhí)行無(wú)序、結(jié)束無(wú)序。

啟動(dòng)無(wú)序，線程是操作系統(tǒng)的，C# 并沒(méi)有線程，C# 需要向操作系統(tǒng)申請(qǐng)線程，假設(shè)同時(shí)或者有序向向操作系統(tǒng)申請(qǐng)線程，但操作系統(tǒng)并不是按順序給線程，可能后申請(qǐng)的先拿到線程，也可能先申請(qǐng)的后拿到線程。

執(zhí)行無(wú)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(wù)運(yùn)氣好了可能后申請(qǐng)的先執(zhí)行，運(yùn)氣差了先申請(qǐng)的后執(zhí)行，都是非常常見(jiàn)的。

結(jié)束無(wú)序，這個(gè)受執(zhí)行無(wú)序、分時(shí)分片運(yùn)氣、任務(wù)量的影響。開(kāi)始執(zhí)行無(wú)序已經(jīng)說(shuō)過(guò)；分時(shí)分片運(yùn)氣，當(dāng)我的 CPU 執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，并不是任務(wù)執(zhí)行完了才會(huì)進(jìn)行上下文的切換去執(zhí)行其他任務(wù)，而是可以隨時(shí)暫停切換執(zhí)行其他任務(wù)的；任務(wù)量就是，做的任務(wù)多少不同，即使同一時(shí)刻開(kāi)始執(zhí)行，完成的時(shí)間必然不一樣。

擴(kuò)展

1 . 同一個(gè)線程做相同的事情，耗時(shí)時(shí)間一樣嗎？
答案：不一樣，應(yīng)為CPU是分片的，運(yùn)氣好瘋狂拿時(shí)間片，運(yùn)氣不好十次也拿不到。

異步多線程版本

在 .NET 中隨著時(shí)間的發(fā)展，線程是有許多個(gè)版本的 1.0 Thread、2.0 TthreadPool、3.0 Task、4.0 Parallel 等，每個(gè)版本都是其特點(diǎn)，后面我們一一進(jìn)行講解。

以上就是C# 異步多線程入門(mén)基礎(chǔ)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C# 異步多線程的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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