1、什么是异步?
异步操作通常用于执行完成时间可能较长的任务,如打开大文件、连接远程计算机或查询数据库。异步操作在主应用程序线程以外的线程中执行。应用程序调用方法异步执行某个操作时,应用程序可在异步方法执行其任务时继续执行。
2、同步与异步的区别
同步(Synchronous):在执行某个操作时,应用程序必须等待该操作执行完成后才能继续执行。
异步(Asynchronous):在执行某个操作时,应用程序可在异步操作执行时继续执行。实质:异步操作,启动了新的线程,主线程与方法线程并行执行。
3、异步和多线程的区别
我们已经知道,异步的实质是开启了新的线程。它与多线程的区别是什么呢?
简单的说就是:异步线程是由线程池负责管理,而多线程,我们可以自己控制,当然在多线程中我们也可以使用线程池。
就拿网络扒虫而言,如果使用异步模式去实现,它使用线程池进行管理。异步操作执行时,会将操作丢给线程池中的某个工作线程来完成。当开始I/O操作的时候,异步会将工作线程还给线程池,这意味着获取网页的工作不会再占用任何CPU资源了。直到异步完成,即获取网页完毕,异步才会通过回调的方式通知线程池。可见,异步模式借助于线程池,极大地节约了CPU的资源。
注:DMA(Direct Memory Access)直接内存存取,顾名思义DMA功能就是让设备可以绕过处理器,直接由内存来读取资料。通过直接内存访问的数据交换几乎可以不损耗CPU的资源。在硬件中,硬盘、网卡、声卡、显卡等都有直接内存访问功能。异步编程模型就是让我们充分利用硬件的直接内存访问功能来释放CPU的压力。
两者的应用场景:
计算密集型工作,采用多线程。
IO密集型工作,采用异步机制。
4、异步应用
.NET Framework 的许多方面都支持异步编程功能,这些方面包括:
1)文件 IO、流 IO、套接字 IO。
2)网络。
3)远程处理信道(HTTP、TCP)和代理。
4)使用 ASP.NET 创建的 XML Web services。
5)ASP.NET Web 窗体。
6)使用 MessageQueue 类的消息队列。
.NET Framework 为异步操作提供两种设计模式:
1)使用 IAsyncResult 对象的异步操作。
2)使用事件的异步操作。
IAsyncResult 设计模式允许多种编程模型,但更加复杂不易学习,可提供大多数应用程序都不要求的灵活性。可能的话,类库设计者应使用事件驱动模型实现异步方法。在某些情况下,库设计者还应实现基于 IAsyncResult 的模型。
使用 IAsyncResult 设计模式的异步操作是通过名为 Begin操作名称和End操作名称的两个方法来实现的,这两个方法分别开始和结束异步操作操作名称。例如,FileStream 类提供 BeginRead 和 EndRead 方法来从文件异步读取字节。这两个方法实现了 Read 方法的异步版本。在调用 Begin操作名称后,应用程序可以继续在调用线程上执行指令,同时异步操作在另一个线程上执行。每次调用 Begin操作名称 时,应用程序还应调用 End操作名称来获取操作的结果。Begin操作名称 方法开始异步操作操作名称并返回一个实现 IAsyncResult 接口的对象。 .NET Framework 允许您异步调用任何方法。定义与您需要调用的方法具有相同签名的委托;公共语言运行库将自动为该委托定义具有适当签名的 BeginInvoke 和 EndInvoke 方法。
IAsyncResult 对象存储有关异步操作的信息。下表提供了有关异步操作的信息。
名称
说明
AsyncState
获取用户定义的对象,它限定或包含关于异步操作的信息。
AsyncWaitHandle
获取用于等待异步操作完成的 WaitHandle。
CompletedSynchronously
获取一个值,该值指示异步操作是否同步完成。
IsCompleted
获取一个值,该值指示异步操作是否已完
5、应用实例
案例1-读取文件
通常读取文件是一个比较耗时的工作,特别是读取大文件的时候,常见的上传和下载。但是我们又不想让用户一直等待,用户同样可以进行其他操作,可以使得系统有良好的交互性。这里我们写了同步调用和异步调用来进行比较说明。
读取文件类
using System; using System.IO; using System.Threading; namespace AsynSample { class FileReader { /// <summary> /// 缓存池 /// </summary> private byte[] Buffer { get; set; } /// <summary> /// 缓存区大小 /// </summary> public int BufferSize { get; set; } public FileReader(int bufferSize) { this.BufferSize = bufferSize; this.Buffer = new byte[BufferSize]; } /// <summary> /// 同步读取文件 /// </summary> /// <param name="path">文件路径</param> public void SynsReadFile(string path) { Console.WriteLine("同步读取文件 begin"); using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open)) { fs.Read(Buffer, 0, BufferSize); string output = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(Buffer); Console.WriteLine("读取的文件信息:{0}",output); } Console.WriteLine("同步读取文件 end"); } /// <summary> /// 异步读取文件 /// </summary> /// <param name="path"></param> public void AsynReadFile(string path) { Console.WriteLine("异步读取文件 begin"); //执行Endread时报错,fs已经释放,注意在异步中不能使用释放需要的资源 //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("该文件不存在"); } } /// <summary> /// /// </summary> /// <param name="ar"></param> void AsyncReadCallback(IAsyncResult ar) { FileStream stream = ar.AsyncState as FileStream; if (stream != null) { Thread.Sleep(1000); //读取结束 stream.EndRead(ar); stream.Close(); string output = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(this.Buffer); Console.WriteLine("读取的文件信息:{0}", output); } } } }
测试用例
using System; using System.Threading; namespace AsynSample { class Program { static void Main(string[] args) { FileReader reader = new FileReader(1024); //改为自己的文件路径 string path = "C:\\Windows\\DAI.log"; Console.WriteLine("开始读取文件了..."); //reader.SynsReadFile(path); reader.AsynReadFile(path); Console.WriteLine("我这里还有一大滩事呢."); DoSomething(); Console.WriteLine("终于完事了,输入任意键,歇着!"); Console.ReadKey(); } /// <summary> /// /// </summary> static void DoSomething() { Thread.Sleep(1000); for (int i = 0; i < 10000; i++) { if (i % 888 == 0) { Console.WriteLine("888的倍数:{0}",i); } } } } }
输出结果:
同步输出:
异步输出:
结果分析:
如果是同步读取,在读取时,当前线程读取文件,只能等到读取完毕,才能执行以下的操作
而异步读取,是创建了新的线程,读取文件,而主线程,继续执行。我们可以开启任务管理器来进行监视。
案例二--基于委托的异步操作
系统自带一些类具有异步调用方式,如何使得自定义对象也具有异步功能呢?
我们可以借助委托来轻松实现异步。
说到BeginInvoke,EndInvoke就不得不停下来看一下委托的本质。为了便于理解委托,我定义一个简单的委托:
public delegate string MyFunc(int num, DateTime dt);
我们再来看一下这个委托在编译后的程序集中是个什么样的:
委托被编译成一个新的类型,拥有BeginInvoke,EndInvoke,Invoke这三个方法。前二个方法的组合使用便可实现异步调用。第三个方法将以同步的方式调用。 其中BeginInvoke方法的最后二个参数用于回调,其它参数则与委托的包装方法的输入参数是匹配的。 EndInvoke的返回值与委托的包装方法的返回值匹配。
异步实现文件下载:
using System; using System.Text; namespace AsynSample { /// <summary> /// 下载委托 /// </summary> /// <param name="fileName"></param> public delegate string AysnDownloadDelegate(string fileName); /// <summary> /// 通过委托实现异步调用 /// </summary> class DownloadFile { /// <summary> /// 同步下载 /// </summary> /// <param name="fileName"></param> public string Downloading(string fileName) { string filestr = string.Empty; Console.WriteLine("下载事件开始执行"); 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("下载事件执行结束"); return filestr; } /// <summary> /// 异步下载 /// </summary> public IAsyncResult BeginDownloading(string fileName) { string fileStr = string.Empty; AysnDownloadDelegate downloadDelegate = new AysnDownloadDelegate(Downloading); return downloadDelegate.BeginInvoke(fileName, Downloaded, downloadDelegate); } /// <summary> /// 异步下载完成后事件 /// </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("下载文件:{0}", fileStr); } else { Console.WriteLine("下载数据为空!"); } } else { Console.WriteLine("下载数据为空!"); } } } }
通过案例,我们发现,使用委托能够很轻易的实现异步。这样,我们就可以自定义自己的异步操作了。
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