（十七）Async异步和多线程-语言进阶1_异步多线程

一、进程-线程-多线程，同步和异步

1.概念

1. 进程：进程是一个程序运行时，占用全部计算资源的总和，指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；或者更专业化来说：进程是指程序执行时的一个实例，即它是程序已经执行到课中程度的数据结构的汇集。从内核的观点看，进程的目的就是担当分配系统资源（CPU时间、内存等）的基本单位。

2. 线程：线程是程序执行流的最小单位，系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。任何操作都是由线程完成的；线程是依托于进程存在的，一个进程可以包含多个线程；线程也可以有自己的计算资源；
   进程——资源分配的最小单位，线程——程序执行的最小单位。

3. 多线程：多个执行流同时运行。
   (1) CPU太快了，分时间片–上下文切换(加载环境–计算–保存环境)微观角度，一个核同一时刻只能执行一个线程;宏观的来说是多线程并发
   (2) 名CPU多核可以独立工作,例如我们常说的 “4核8线程”–其中核是物理的核 8线程是指虚拟核，并不是上述我们所说的线程。

4. Thread:是c#语言对线程对象的封装

2.同步和异步

1. 同步：完成计算之后在进入下一行
2. 异步：不会等待方法的完成，会直接进入下一行，不会阻塞。
   例如我们举一个贴切的例子，
   同步：
   “你和朋友去吃饭，但他有点忙，你就等他忙完一起吃，这就是同步方法”
   异步：
   “你和朋友去吃饭，但他有点忙，你就自己先去吃，他忙完自己再去吃，这就是异步方法”

3.异步与多线程异同点

1. 异步和多线程都可以达到避免调用线程阻塞的目的
2. 异步操作在完成await操作后，会发出完成通知，并释放占用的线程，之后系统调用线程池中空余的线程来进行await之后的操作，减少了线程负担。
3. 而多线程编程会在整个任务中一直占用线程造成资源浪费。比如DMA（直接存储器访问）操作，允许硬件可以不通过CPU而直接与内存数据进行交互，在这时闲置的线程无法被释放，造成了资源浪费。（使用异步可以避免）

二、委托启动异步调用

下面我们可以通过一个示例看一下，分别执行5次

1.同步方法

同步方法

2.异步方法

异步方法

当我们调用同步方法时，程序是按照顺序执行，而下面的异步方法则是无序的，且执行速度也比较快。

三、多线程的特点

由上我们也可以看出同步和异步多线程方法的特点

1. 同步方法卡界面，主(UI)线程忙于计算；
2. 同步线程慢，因为只有一个线程在干活；
3. 异步多线程方法不卡界面，主线程计算完，计算任务就交给子线程在做；例如winform可以提升用户体验；
4. 异步多线程方法快，因为多个线程并发运算；
5. 异步多线程无序：启动无序，执行时间不确定，结束也无序。
6. 异步多线程并不是线性增长，而是资源换时间，但资源可能不够，其次多线程也有管理成本；
7. 线程可以加快速度，但不是越多越好

下图可以清楚看到资源换时间的情况；

四、异步的回调和状态参数

1.顺序控制

从上面的示例中我们使用了异步多线程方式解决了很多问题，但也发现了一个特殊情况，异步是无序的，这时候我们如果想要控制顺序要怎么做呢。这个时候我们就可以使用回调的方式。
首先我们想在计算完成后，在完成后续动作，当我们在BeginInvoke中设置后续两个参数为null，可以看到下图的执行结果，我们的计算明明还没有完成，确提示我们已经完成了，只是主线程完成了。肯定不符合我们的结果。


这时候我们把鼠标放到BeginInvoke上可以发现框架已经帮我们提供好了异步回调AsyncCallback

我们可以看到AysncCallback是一个参数为IAsyncResult类型的委托

接下来我们修改代码把AsyncCallback传进来

这时我们再看执行结果，就可以看到我们结果实在最后输出的。

进行到这里你会想知道这是为什么呢，这个步骤是怎么完成的，callback的参数ia是怎么回事？

当我们继续把鼠标方法BeginInvake上，我们会发现它其实是一个IAsyncResult类型

你会发现这不是和上面AsyncCallback的参数ia是一样的吗，接下来我们做个验证

结果返回True

这时我们可以理解为，.net框架帮我们做了一个小封装，在执行BeginInvoke的时候会去申请一个线程，线程会先完成委托的调用，执行完成后会产生一个IAsyncResult结果，最后把这个结果作为参数传递给AsyncCallback委托，这也就能解释为什么BeginInvoke结果类型和AsyncCallback的参数类型是一致的。

2.状态参数

接下来我们看BeginInvoke的第三个参数，这时我们随便传入一个“hao”字符串。那么在AsyncState时我们就可以得到，这是为了我们在回调的时候如果想传递某些信息时使用。

五、异步等待三种方式

1. Thread.sleep等待

这种情况我们可以使用asyncResult.IsCompleted来进行判断委托是否执行完成。在执行完成之后给用户指定提示信息，如下为文件上传操作的示例

但是这么写是由弊端的就是会有延迟，也会卡主界面。优点就是我们可以在等待的时候做一些其它操作，例如给用户一些友好提示等。

2.asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne()

信号量，即时等待

Console.WriteLine("Do Something Else.....");
Console.WriteLine("Do Something Else.....");
Console.WriteLine("Do Something Else.....");
asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();//等待任务的完成
1
2
3
4

也可以给asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(1000)；设置等待时间做超时用，也叫做限时等待。

3.action.EndInvoke()

action.EndInvoke(asyncResult)；
EndInvoke可以不仅等待也可以获取返回值，接下来介绍怎么获取返回值。

六、异步返回值

上述我们使用EndInvoke可以不仅等待也可以获取返回值；如下我们可以看到结果正是我们设置的字符串


EndInvoke也可以写在回调函数里面，方便我们获取其结果值，但只能写一次，写在里面就不可以写在外面了。