如何避免让线程摸鱼,请用异步技术 async await 拿捏他~
发现问题
你点了外卖后,会一直不做其它事情,一直等外卖的到来么?
当然不会拉!
我们来看看代码世界的:
public void Query(){
// 当前线程 向 数据库服务器 发起查询命令
// 在 数据库服务器 返回数据之前,当前线程 一直等待,不干活了!!!
var data = Database.Query();
}
假设在一个请求响应中:
- 线程用 5ms 来验证用户的输入的参数;
- 线程用 50ms 来等待数据库返回;
- 线程用 5ms 序列化数据响应返回给用户;
可以看到在 60ms 中,线程摸鱼 50ms。
而很多Web框架,收到一个请求,就会创建一个线程来处理,
如果片刻间内有100个用户请求这个方法,那么就得安排100个线程,
有没有方法让第1个线程在等待数据返回时,先去接待第N+1个用户(校验请求参数什么的)
这样就能大大减少线程数量~
通过上面的例子,我相信你已有所悟:异步就是避免让线程摸鱼。
概念与理论
接下来为了更有效地沟通和提示逼格,我们还是使用专业的术语。
复习一下线程的阻塞,睡眠,挂起。
主要是弄明白阻塞的定义,和什么时候会发生阻塞。
线程阻塞:
Thread t = new Thread(()=>{
// 阻塞:线程 被动 地等待外部返回,才能继续执行
var resp = Http.Get(url); // 需要等待网络传输文档
});
线程睡眠:
Thread t = new Thread(()=>{
// 睡眠:线程 主动 停止执行片刻,然后继续执行
Thread.Sleep(1000);
});
线程挂起:
// 伪代码,C# 的 ThreadPool 没有这些方法
// 主动叫线程去休息
ThreadPool.Recycle(t)
// 等到有工作了,再叫线程处理执行
t = ThreadPool.GetThread();
t.Run(fun);
Synchronous(同步):
本人对 同步 给出比较容易理解的定义是:按顺序步骤,一个步骤只做一件事情。
本人以前看到 同步 这个词,错误地顾名思义,以为是同一刻时间做几件事,错错错!!!
// 线程会一步一步执行以下代码,这个过程叫 同步
// 先发完短信
SMS.Send(msg); // 2秒
// 再发邮件
Email.Send(smg); // 1秒
// 总耗时 3秒
Parallel(并行):
指两个或两个以上事件(或线程)在同一时刻发生。
// 分别创建两个线程并行去执行,谁也不用等待谁~
Thread t1 = new Thread(()=>{
SMS.Send(msg); // 2秒
});
// t2 线程不需要等待 t1 线程
Thread t2 = new Thread(()=>{
Email.Send(smg); // 1秒
});
// 总耗时 2秒
微软用的做早餐的例子:
- 倒一杯咖啡。
- 加热平底锅,然后煎两个鸡蛋。
- 煎三片培根。
- 烤两片面包。
- 在烤面包上加黄油和果酱。
- 倒一杯橙汁。
同步则是单人(单线程)从 1 到 6 一步一步地做 —— 效率低。
并行则是多人(多线程),一人倒咖啡;一人煎鸡蛋;一个...同时进行 —— 效率高,人力成本高。
异步则是单人(单线程),点火热平底锅,平底锅要等待变热,那么先把面包放进烤面包机...
Asynchronous(异步):
指的是,当线程遇到阻塞时,让线程先去执行其它工作~
我们应该体验过,当一个人要在很多事情上来回切换的时候,很容易出错。
做早餐,我们点火热平底锅后就去烤面包,但平底锅什么时候好,我们什么时候切换回来煎鸡蛋,还是去倒橙汁。
要将代码的执行过程写成异步的,也不是容易的事情。
好在 C# 提供 async
和 await
这两个关键字,
轻松创建异步方法(几乎与创建同步方法一样轻松) —— 微软官方文档原话
理论讲解完毕,是时候来实践了~
async 修饰符
public void Get()
{
// 这是一个 同步方法
// 如果这个内部有会发生阻塞的功能代码,比如读取网络资源,
// 那么一个线程运行这个方法遇到阻塞,这个线程就会摸鱼~
}
要将一个同步方法声明为异步方法,首先需要将用 async
修饰符标记一下,
public async void Get()
{
// 这是一个 异步方法
// 如果这个内部有会发生阻塞的功能代码
// 那么一个线程运行这个方法遇到阻塞时,这个线程就会去做其它事情~
}
public async void Get()
{
HttpClient httpClient = new HttpClient();
httpClient.GetAsync("https://learn.microsoft.com/zh-cn/docs/");
}
加入一些我们需要观察的代码后,得:
public static void Main()
{
Console.WriteLine($"Main 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Get();
Console.WriteLine($"Main 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Console.ReadKey();
}
// 这代码是有问题的,我有意为之,用来和接下来的更完善的代码做比较~
public static async void Get()
{
Console.WriteLine($"Get 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
HttpClient httpClient = new HttpClient();
httpClient.GetAsync("https://learn.microsoft.com/zh-cn/docs/");
Console.WriteLine($"Get 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}
运行后的控制台输出:
Main 开始执行前线程 Id:1
Get 开始执行前线程 Id:1
Get 执行结束后线程 Id:1
Main 执行结束后线程 Id:1
注意!!!这个时候方法虽然被声明为异步的,但现在执行过程还是同步的!!!!
await 运算符
异步方法同步运行,直至到达其第一个 await 表达式,此时会将方法挂起,直到等待的任务完成。
如果 async 关键字修改的方法不包含 await 表达式或语句,则该方法将同步执行。 编译器警告将通知你不包含 await 语句的任何异步方法,因为该情况可能表示存在错误。 请参阅编译器警告(等级 1)CS4014。
所以完善的代码,应该是这样子的:
public static void Main()
{
Console.WriteLine($"Main 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Get(); // Get 方法虽然是声明为异步的,但依旧时同步执行
Console.WriteLine($"Main 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Console.ReadKey();
}
public static async void Get()
{
Console.WriteLine($"Get 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
HttpClient httpClient = new HttpClient();
// 加上 await 运算符,才是真正的异步执行!!!
await httpClient.GetAsync("https://learn.microsoft.com/zh-cn/docs/");
Console.WriteLine($"Get 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}
运行后的控制台输出:
Main 开始执行前线程 Id:1 # 线程1,进入 main 函数
Get 开始执行前线程 Id:1 # 线程1,执行 Get 函数,遇到阻塞,但线程1被要求不能摸鱼,
Main 执行结束后线程 Id:1 # 于是看看有没有其它工作做,发现需要打印...
Get 执行结束后线程 Id:9 # 阻塞结束后,谁来执行剩下的代码呢?
# 如果线程1有空,可以回来执行,如果线程1忙,则有其它线程接管
# 由调度分配决定
我们自己定义的异步方法 Get()
和调用异步方法 httpClient.GetAsync
,
只有 httpClient.GetAsync
是异步执行的。
也就是说单单使用 async
还不够,还得必须同时使用 await
Task 类
通常来说,我们使用 httpClient.GetAsync
,都是希望能处理返回的数据。
- Task 表示不返回值且通常异步执行的单个操作。
- Task<TResult> 表示返回值且通常异步执行的单个操作。
- void 对于除事件处理程序以外的代码,通常不鼓励使用 async void 方法,因为调用方不能 await 那些方法,并且必须实现不同的机制来报告成功完成或错误条件。
public static async void Get()
{
const string url = "https://learn.microsoft.com/zh-cn/docs/";
Console.WriteLine($"Get 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
HttpClient httpClient = new HttpClient();
// 用 Task 来 = 一个异步操作
Task<HttpResponseMessage> taskResp = httpClient.GetAsync(url);
HttpResponseMessage resp = await taskResp;// 等待异步操作完成返回
// 可以对 resp 进行一些处理
Console.WriteLine($"Get 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}
上面代码可以简化为:
public static async void Get()
{
const string url = "https://learn.microsoft.com/zh-cn/docs/";
Console.WriteLine($"Get 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
HttpClient httpClient = new HttpClient();
HttpResponseMessage resp = await httpClient.GetAsync(url);
Console.WriteLine($"Get 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}
多个Task 的例子:
public static async void Get()
{
Console.WriteLine($"Get 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
HttpClient httpClient = new HttpClient();
var t1 = httpClient.GetAsync("https://learn.microsoft.com/");
var t2 = httpClient.GetAsync("https://cn.bing.com/");
var t3 = httpClient.GetAsync("https://www.cnblogs.com/");
Console.WriteLine($"Get await 之前的线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
await Task.WhenAll(t1, t2, t3); // 等待多个异步任务完成
//Task.WaitAll(t1, t2, t3);
//await Task.Yield();
//await Task.Delay(0);
Console.WriteLine($"Get 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}
运行后的控制台输出:
Main 开始执行前线程 Id:1
Get 开始执行前线程 Id:1
Get await 之前的线程 Id:1
Main 执行结束后线程 Id:1
Get 执行结束后线程 Id:14
按微软官方文档的建议和规范的最终版本:
public static void Main()
{
Console.WriteLine($"Main 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
GetAsync().Wait();
Console.WriteLine($"Main 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Console.ReadKey();
}
// 通常不鼓励使用 async void 方法
// 异步方法名约定以 Async 结尾
public static async Task GetAsync()
{
Console.WriteLine($"Get 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
HttpClient httpClient = new HttpClient();
var t1 = httpClient.GetAsync("https://learn.microsoft.com/");
var t2 = httpClient.GetAsync("https://cn.bing.com/");
var t3 = httpClient.GetAsync("https://www.cnblogs.com/");
Console.WriteLine($"Get await 之前的线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Task.WaitAll(t1, t2, t3); // 等待多个异步任务完成
await Task.Yield();
//await Task.Delay(0);
Console.WriteLine($"Get 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}
运行后的控制台输出:
Main 开始执行前线程 Id:1
Get 开始执行前线程 Id:1
Get await 之前的线程 Id:1
Get 执行结束后线程 Id:5
Main 执行结束后线程 Id:1
测试
public static async Task GetAsync()
{
Console.WriteLine($"Get 开始执行前线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
TestHttp(); // http 网络不稳定,不好观察时间,可以试试 TestIdle()
sw.Stop();
Console.WriteLine($"一共耗时:{sw.ElapsedMilliseconds} 毫秒");
Console.WriteLine($"Get 执行结束后线程 Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
await Task.Yield();
}
public static void TestHttp()
{
HttpClient httpClient = new HttpClient();
List<Task<HttpResponseMessage>> tasks = new List<Task<HttpResponseMessage>>();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
var t = httpClient.GetAsync("https://learn.microsoft.com/");
tasks.Add(t);
}
Task.WaitAll(tasks.ToArray());
foreach (var item in tasks)
{
var html = item.Result.Content.ReadAsStringAsync().Result;
}
}
public static void TestIdle()
{
List<Task> tasks = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
var t = Idle();
tasks.Add(t);
}
Task.WaitAll(tasks.ToArray());
}
public static async Task Idle()
{
// 可以用于模拟阻塞效果
await Task.Delay(1000);
// 不能用 Sleep 来模拟阻塞,Sleep 不是阻塞,是睡眠
// Thread.Sleep(1000);
}
Main 开始执行前线程 Id:1
Get 开始执行前线程 Id:1
一共耗时:604 毫秒 # 1个线程干了10个线程的活,时间还差不多,美滋滋~
Get 执行结束后线程 Id:1
Main 执行结束后线程 Id:1
至此,关于 C# 中异步编程的三个知识点 async
,await
,Task
讲解完毕。
在写例子的过程中,
发现 HttpClient 这个类很多方法都是异步方法了,
依稀记得以前还有同步方法和异步方法提供选择的,
看来微软是在逼大家进步啊~
如果文章能帮到你,点个赞吧,十分感谢~
参考资料
异步编程:
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/async
使用 Async 和 Await 的异步编程:
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/async
深入了解异步:
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/async-in-depth
async 关键字:
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/keywords/async
await 运算符:
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/operators/await
Async/Await 异步编程中的最佳做法:
https://docs.microsoft.com/zh-cn/archive/msdn-magazine/2013/march/async-await-best-practices-in-asynchronous-programming
Future 与 promise:
https://zh.wikipedia.org/wiki/Future与promise
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