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ASP.NET Core 多线程 异步编程

ASP.NET Core 多线程 异步编程

作者: GongZH丶 | 来源:发表于2018-05-27 18:33 被阅读199次

    同步异步编程

    同步编程是对于单线程来说的,就像我们编写的控制台程序,以main方法为入口,顺序执行我们编写的代码。
    异步编程是对于多线程来说的,通过创建不同线程来实现多个任务的并行执行。

    线程

    .Net 1.0就发布了System.Threading,其中提供了许多类型(比如Thread、ThreadStart等)可以显示的创建线程。

    主线程

    每一个Windows进程都恰好包含一个用作程序入口点的主线程。进程的入口点创建的第一个线程被称为主线程。.Net执行程序(控制台、Windows Form、Wpf等)使用Main()方法作为程序入口点。当调用该方法时,主线程被创建。

    工作者线程

    由主线程创建的线程,可以称为工作者线程,用来去执行某项具体的任务。

    前台线程

    默认情况下,使用Thread.Start()方法创建的线程都是前台线程。前台线程能阻止应用程序的终结,只有所有的前台线程执行完毕,CLR才能关闭应用程序(即卸载承载的应用程序域)。前台线程也属于工作者线程。

    后台线程

    后台线程不会影响应用程序的终结,当所有前台线程执行完毕后,后台线程无论是否执行完毕,都会被终结。一般后台线程用来做些无关紧要的任务(比如邮箱每隔一段时间就去检查下邮件,天气应用每隔一段时间去更新天气)。后台线程也属于工作者线程。

    //主线程入口
            static void Main(string[] args)
            {
                Console.WriteLine("主线程开始!");
    
                //创建前台工作线程
                Thread t1 = new Thread(Task1);
                t1.Start();
    
                //创建后台工作线程
                Thread t2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Task2));
                t2.IsBackground = true;//设置为后台线程
                t2.Start("传参");
            }
    
            private static void Task1()
            {
                Thread.Sleep(1000);//模拟耗时操作,睡眠1s
                Console.WriteLine("前台线程被调用!");
            }
    
            private static void Task2(object data)
            {
                Thread.Sleep(2000);//模拟耗时操作,睡眠2s
                Console.WriteLine("后台线程被调用!" + data);
            }
    
    111.PNG

    执行发现,【后台线程被调用】将不会显示。因为当所有的前台线程执行完毕后,应用程序就关闭了,不会等待所有的后台线程执行完毕,所以不会显示。

    创建线程

    static void Main(){
        new Thread(Go).Start();  // .NET 1.0开始就有的
        Task.Factory.StartNew(Go); // .NET 4.0 引入了 TPL
        Task.Run(new Action(Go)); // .NET 4.5 新增了一个Run的方法
    }
     
    public static void Go(){
        Console.WriteLine("我是另一个线程");
    }
    

    创建Thread的实例之后,需要手动调用它的Start方法将其启动。但是对于Task来说,StartNew和Run的同时,既会创建新的线程,并且会立即启动它。

    线程池

    线程池是为突然大量爆发的线程设计的,通过有限的几个固定线程为大量的操作服务,减少了创建和销毁线程所需的时间,从而提高效率,这也是线程池的主要好处。
    ThreadPool适用于并发运行若干个任务且运行时间不长且互不干扰的场景。
    还有一点需要注意,通过线程池创建的任务是后台任务。
    线程的创建是比较占用资源的一件事情,.NET 为我们提供了线程池来帮助我们创建和管理线程。Task是默认会直接使用线程池,但是Thread不会。如果我们不使用Task,又想用线程池的话,可以使用ThreadPool类。

    static void Main() {
        Console.WriteLine("我是主线程:Thread Id {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go);
     
        Console.ReadLine();
    }
     
    public static void Go(object data) {
        Console.WriteLine("我是另一个线程:Thread Id {0}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }
    

    返回值

    Task可以有返回值。

    static void Main() {
        // GetDayOfThisWeek 运行在另外一个线程中
        var dayName = Task.Run<string>(() => { return GetDayOfThisWeek(); });
        Console.WriteLine("今天是:{0}",dayName.Result);
    }
    



    并行任务(Task)以及基于Task的异步编程(asynchronously)在.NET Framework中已经有,在.NET Core 平台下也有相同功能的实现,下面通过.NET Core WebAPI,介绍使用Task.result的同步编程以及使用await的异步编程模型。

    Task.Result

    .Net 4.0引入了System.Threading.Tasks,简化了我们进行异步编程的方式,而不用直接与线程和线程池打交道。
    System.Threading.Tasks中的类型被称为任务并行库(TPL)。TPL使用CLR线程池(说明使用TPL创建的线程都是后台线程)自动将应用程序的工作动态分配到可用的CPU中。

    Result方法可以返回Task执行后的结果,如下代码:

    [HttpGet]
    public static async Task<JObject> GetJsonAsync(Uri uri)
    {
      using (var client = new HttpClient())
      {
        var jsonString = await client.GetStringAsync(uri);
        return JObject.Parse(jsonString);
      }
    }
    
    public class MyController : ApiController
    {
      public string Get()
      {
        var jsonTask = GetJsonAsync(...);
        return jsonTask.Result.ToString();
      }
    }
    

    但是如果在ASP.NET Core的webapi中使用result方法来获取task输出值,会造成当前API线程阻塞等待到task执行完成后再继续进行。可以通过下面代码来证明,get方法有一个线程,调用一个新线程执行task(taskcaller),在执行task时候由于需要等待task的执行结果,此时get方法的执行线程等待中,直到result结果输出,此线程继续完成方法。

    [Route("api/[controller]")]
        public class ValuesController : Controller
        {
            // GET: api/<controller>
            [HttpGet("get")]
            public async Task<string> Get()
            {
                var info = string.Format("api执行线程:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                var infoTask = TaskCaller().Result;//使用Result
    
                var infoTaskFinished = string.Format("api执行线程(task调用完成后):{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                return string.Format("{0},{1},{2}", info, infoTask, infoTaskFinished);
            }
    
            private async Task<string> TaskCaller()
            {
                await Task.Delay(5000);
                return string.Format("task 执行线程:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            }
        }
    
    12.PNG

    async & await

    C# async关键字用来指定某个方法、Lambda表达式或匿名方法自动以异步的方式来调用。
    async/await是用来进行异步调用的形式,内部其实还是采用线程池进行管理。
    如果使用await,在调用 await taskcall() 时不会阻塞get主方法线程,主方法线程会被释放,新的线程执行完成task后继续执行await后的代码减少线程切换开销,而之前的线程则空闲了。

    [Route("api/[controller]")]
        public class ValuesController : Controller
        {
            // GET: api/<controller>
            [HttpGet("get")]
            public async Task<string> Get()
            {
                var info = string.Format("api执行线程:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                var infoTask = await TaskCaller();//使用await
    
                var infoTaskFinished = string.Format("api执行线程(task调用完成后):{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                return string.Format("{0},{1},{2}", info, infoTask, infoTaskFinished);
            }
    
            private async Task<string> TaskCaller()
            {
                await Task.Delay(5000);
                return string.Format("task 执行线程:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            }
        }
    
    11.PNG

    如上截图,一开始运行在线程10,后来跳到async方法中执行在线程8中,在没有使用await时,主线程并没有停下来,还是按照自己的路往下走,直到async使用了await方法,下面的代码也是交给了子线程。

    至于为什么交给了子线程处理,有一篇文章说是await前后的代码被分成块,将await的task交给线程池,线程池执行完毕之后进行moveNext方法,继续执行await之后的代码。
    可以看看这篇文章http://www.cnblogs.com/vd630/p/4596203.html
    Task.result 与 await关键字 具有类似的功能可以获取到任务的返回值,但是本质上Task.result会让外层函数执行线程阻塞直到任务执行完成,而使用await关键字外层函数线程则不会阻塞,而是通过任务执行线程来执行await后的代码

    • 默认创建的Thread是前台线程,创建的Task为后台线程。
    • ThreadPool创建的线程都是后台线程。
    • 任务并行库(TPL)使用的是线程池技术。
    • 调用async标记的方法,刚开始是同步执行的,只有当执行到await标记的方法中的异步任务时,才会挂起。

    async和await优点

    以ASP.NET MVC为例,如果不采用async的Action,那么它是在一个Woker线程中执行的。当我们访问一些web service,或者读文件的时候,这个Worker线程就会被阻塞。

    用async/await可以在我们访问web service的时候把当前的worker线程放走,将它放回线程池,这样它就可以去处理其它的请求了。等到web service给我们返回结果了,会再到线程池中随机拿一个新的woker线程继续往下执行。也就是说我们减少了那一部分等待的时间,充份利用了线程。

    *** 尽量不混合使用同步和异步代码,要异步就异步到底,不然可能会因为异常捕获、死锁等原因导致应用程序崩溃。

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