1、什麼是異步?
異步操作通常用於執行完成時間可能較長的任務,如打開大文件、連接遠程 計算機或查詢數據庫。異步操作在主應用程序線程以外的線程中執行。應用程序調用方法異步執行某個 操作時,應用程序可在異步方法執行其任務時繼續執行。
2、同步與異步的區別
同步 (Synchronous):在執行某個操作時,應用程序必須等待該操作執行完成後才能繼續執行。
異 步(Asynchronous):在執行某個操作時,應用程序可在異步操作執行時繼續執行。實質:異步操作, 啟動了新的線程,主線程與方法線程並行執行。
3、異步和多線程的區別
我們已經知道,異步的實質是開啟了新的線程。它與多線程的區別是什麼呢?
簡單的說就是:異 步線程是由線程池負責管理,而多線程,我們可以自己控制,當然在多線程中我們也可以使用線程池。
就拿網絡扒蟲而言,如果使用異步模式去實現,它使用線程池進行管理。異步操作執行時,會將 操作丟給線程池中的某個工作線程來完成。當開始I/O操作的時候,異步會將工作線程還給線程池,這意 味著獲取網頁的工作不會再占用任何CPU資源了。直到異步完成,即獲取網頁完畢,異步才會通過回調的 方式通知線程池。可見,異步模式借助於線程池,極大地節約了CPU的資源。
注:DMA(Direct Memory Access)直接內存存取,顧名思義DMA功能就是讓設備可以繞過處理器,直接由內存來讀取資料 。通過直接內存訪問的數據交換幾乎可以不損耗CPU的資源。在硬件中,硬盤、網卡、聲卡、顯卡等都有 直接內存訪問功能。異步編程模型就是讓我們充分利用硬件的直接內存訪問功能來釋放CPU的壓力。
兩者的應用場景:
計算密集型工作,采用多線程。
IO密集型工作,采用異步機制。
4 、異步應用
.NET Framework 的許多方面都支持異步編程功能,這些方面包括:
1)文件 IO、 流 IO、套接字 IO。
2)網絡。
3)遠程處理信道(HTTP、TCP)和代理。
4)使用 ASP.NET 創 建的 XML Web services。
5)ASP.NET Web 窗體。
6)使用 MessageQueue 類的消息隊列。
.NET Framework 為異步操作提供兩種設計模式:
1)使用 IAsyncResult 對象的異步操作。
2)使用事件的異步操作。
IAsyncResult 設計模式允許多種編程模型,但更加復雜不易學習,可 提供大多數應用程序都不要求的靈活性。可能的話,類庫設計者應使用事件驅動模型實現異步方法。在 某些情況下,庫設計者還應實現基於 IAsyncResult 的模型。
使用 IAsyncResult 設計模式的 異步操作是通過名為 Begin操作名稱和End操作名稱的兩個方法來實現的,這兩個方法分別開始和結束異 步操作操作名稱。例如,FileStream 類提供 BeginRead 和 EndRead 方法來從文件異步讀取字節。這兩 個方法實現了 Read 方法的異步版本。在調用 Begin操作名稱後,應用程序可以繼續在調用線程上執行 指令,同時異步操作在另一個線程上執行。每次調用 Begin操作名稱 時,應用程序還應調用 End操作名 稱來獲取操作的結果。Begin操作名稱 方法開始異步操作操作名稱並返回一個實現 IAsyncResult 接口 的對象。 .NET Framework 允許您異步調用任何方法。定義與您需要調用的方法具有相同簽名的委托; 公共語言運行庫將自動為該委托定義具有適當簽名的 BeginInvoke 和 EndInvoke 方法。
IAsyncResult 對象存儲有關異步操作的信息。下表提供了有關異步操作的信息。
5、應用實例
案例1-讀 取文件
通常讀取文件是一個比較耗時的工作,特別是讀取大文件的時候,常見的上傳和下載。但 是我們又不想讓用戶一直等待,用戶同樣可以進行其他操作,可以使得系統有良好的交互性。這裡我們 寫了同步調用和異步調用來進行比較說明。
讀取文件類
using System; using System.IO; using System.Threading; namespace AsynSample { class FileReader { /// <summary> /// 緩存池 /// </summary> private byte[] Buffer { get; set; } /// <summary> /// 緩存區大小 /// </summary> public int BufferSize { get; set; } public FileReader(int bufferSize) { this.BufferSize = bufferSize; this.Buffer = new byte[BufferSize]; } /// <summary> /// 同步讀取文件 /// </summary> /// <param name="path">文件路徑</param> public void SynsReadFile(string path) { Console.WriteLine("同步讀取文件 begin"); using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open)) { fs.Read(Buffer, 0, BufferSize); string output = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(Buffer); Console.WriteLine("讀取的文件信息:{0}",output); } Console.WriteLine("同步讀取文件 end"); } /// <summary> /// 異步讀取文件 /// </summary> /// <param name="path"></param> public void AsynReadFile(string path) { Console.WriteLine("異步讀取文件 begin"); //執行Endread時報錯,fs已經釋放,注意在異步中不能使用釋放需要的資源 //using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open)) //{ // Buffer = new byte[BufferSize]; // fs.BeginRead(Buffer, 0, BufferSize, AsyncReadCallback, fs); //} if (File.Exists(path)) { FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open); fs.BeginRead(Buffer, 0, BufferSize, AsyncReadCallback, fs); } else { Console.WriteLine("該文件不存在"); } } /// <summary> /// /// </summary> /// <param name="ar"></param> void AsyncReadCallback(IAsyncResult ar) { FileStream stream = ar.AsyncState as FileStream; if (stream != null) { Thread.Sleep(1000); //讀取結束 stream.EndRead(ar); stream.Close(); string output = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(this.Buffer); Console.WriteLine("讀取的文件信息:{0}", output); } } } }
測試用例
using System; using System.Threading; namespace AsynSample { class Program { static void Main(string[] args) { FileReader reader = new FileReader(1024); //改為自己的文件路徑 string path = "C:\\Windows\\DAI.log"; Console.WriteLine("開始讀取文件了..."); //reader.SynsReadFile(path); reader.AsynReadFile(path); Console.WriteLine("我這裡還有一大灘事呢."); DoSomething(); Console.WriteLine("終於完事了,輸入任意鍵,歇著!"); Console.ReadKey(); } /// <summary> /// /// </summary> static void DoSomething() { Thread.Sleep(1000); for (int i = 0; i < 10000; i++) { if (i % 888 == 0) { Console.WriteLine("888的倍數:{0}",i); } } } } }
輸出結果:
同步輸出:
異步輸出:
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結果分析:
如果是同步讀取,在讀取時,當前線程讀取文件,只能等到讀 取完畢,才能執行以下的操作
而異步讀取,是創建了新的線程,讀取文件,而主線程,繼續執行 。我們可以開啟任務管理器來進行監視。
案例二--基於委托的異步操作
系統自帶一些類具有異步調用方式,如何使得自定義對象也具有異步功能呢?
我們可以借助委托來輕松實現異步。
說到BeginInvoke,EndInvoke就不得不停下來看一下委托的 本質。為了便於理解委托,我定義一個簡單的委托:
public delegate string MyFunc(int num, DateTime dt);
我們再來看一下這個委托在編譯後的程序集中是個什麼樣的:
委托被編 譯成一個新的類型,擁有BeginInvoke,EndInvoke,Invoke這三個方法。前二個方法的組合使用便可實 現異步調用。第三個方法將以同步的方式調用。 其中BeginInvoke方法的最後二個參數用於回調,其它 參數則與委托的包裝方法的輸入參數是匹配的。 EndInvoke的返回值與委托的包裝方法的返回值匹配。
異步實現文件下載:
using System; using System.Text; namespace AsynSample { /// <summary> /// 下載委托 /// </summary> /// <param name="fileName"></param> public delegate string AysnDownloadDelegate(string fileName); /// <summary> /// 通過委托實現異步調用 /// </summary> class DownloadFile { /// <summary> /// 同步下載 /// </summary> /// <param name="fileName"></param> public string Downloading(string fileName) { string filestr = string.Empty; Console.WriteLine("下載事件開始執行"); System.Threading.Thread.Sleep(3000); Random rand = new Random(); StringBuilder builder =new StringBuilder(); int num; for(int i=0;i<100;i++) { num = rand.Next(1000); builder.Append(i); } filestr = builder.ToString(); Console.WriteLine("下載事件執行結束"); return filestr; } /// <summary> /// 異步下載 /// </summary> public IAsyncResult BeginDownloading(string fileName) { string fileStr = string.Empty; AysnDownloadDelegate downloadDelegate = new AysnDownloadDelegate(Downloading); return downloadDelegate.BeginInvoke(fileName, Downloaded, downloadDelegate); } /// <summary> /// 異步下載完成後事件 /// </summary> /// <param name="result"></param> private void Downloaded(IAsyncResult result) { AysnDownloadDelegate aysnDelegate = result.AsyncState as AysnDownloadDelegate; if (aysnDelegate != null) { string fileStr = aysnDelegate.EndInvoke(result); if (!string.IsNullOrEmpty(fileStr)) { Console.WriteLine("下載文件:{0}", fileStr); } else { Console.WriteLine("下載數據為空!"); } } else { Console.WriteLine("下載數據為空!"); } } } }
通過案例,我們發現,使用委托能夠很輕易的實現異步。這樣,我們就可以自定義自己的異 步操作了。