多线程编程学习笔记——使用异步IO(一)

2018-01-26 19:20:09来源:cnblogs.com作者:DotNet菜园人点击

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接上文 多线程编程学习笔记——使用并发集合(一)

接上文 多线程编程学习笔记——使用并发集合(二)

接上文 多线程编程学习笔记——使用并发集合(三)

         假设以下场景,如果在客户端运行程序,最的事情之一是有一个响应的用户界面。这意味着无论应用程序发生什么,所有的用户界面元素都要保持 快速运行,用户能够从应用程序得到快速响应。达到这一点并不容易!如果你尝试在Windows系统中打开记事本并加载一个有几兆大小的文档,应用程序窗口将交结一段的时间,因为整个文件要先从硬盘中加载,然后程序才能开始处理用户输入。

        这是一个非常重要的问题,在这种情况下,唯一方案是无论如何都要避免阻塞UI纯种。这反过来意味着为了防止阻塞UI线程,每个与UI有关的API必须只被允许异步调用 。这是Windows操作系统重新升级API的关键原因 ,其几乎把每个方法替换为异步方式。但是应用程序使用多线程来达到此目的会影响性能吗?当然会。然而考虑到只有一个用户,那么这是划算的。如果应用程序可以使用电脑的所有能力从而变得更加高效,而且这种能力 只为运行程序的唯一用户服务,这是好事。

         接下来看看第二种情况。如果程序运行在服务器端,则是完全不同的情形。可伸缩性是最高优先级,这意味着单个 用户消耗越少的资源越好。如果为每个用户创建多个线程,则可伸缩性并不好。以高效的方式来平衡应用程序资源的消耗是个非常复杂的问题。例如,在ASP.NET中,我们使用工作线程池来服务客户端请求。这个池的工作线程是有限的,所以不得不最小化每个工作线程的使用时间以便达到高伸缩性。这意味着需要把工作线程越快越好地放回到池中,从而可以服务下一个请求。如果我们启动了一个需要计算的异步操作,则整个工作流程会很低效。首先从线程池中取出一个工作 线程用以服务客户端请求。然后取出另一个工作线程并开始处理异步操作。现在有两个工作线程都在处理请求,如果第一个线程能做些有用的事则非常好。可惜,通常情况下,我们简单等待异步 操作完成,但是我们却消费了两个工作 线程,而不是一个。在这个场景中,异步 比同步执行实际上更糟糕!我们不需要使用所有CPU核心,因为我们已经在服务很多客户端,它们已经使用了CPU的所有计算能力。我们无须保持第一个线程响应,因为这没有用户界面。那么为什么我们应该在服务端使用异步呢?

        答案是只有异步输入/输出操作才应用使用异步。目前,现代计算机通过有一个磁盘驱动器来存储文件,一块网卡来通过网络发送与接收数据。所有这些设备都有自己的芯片,以非常底层的方式来管理输入/输出操作并发信号 给操作系统。这种执行I/O任务的方式被称为I/O线程。

          在ASP.NET中,一旦有一个异步的I/O操作在工作线程开始时,它会被立即返回到线程池中。当这个操作继续运行时,这个线程可以服务其他的客户端。最终,当操作发出信号完成时,ASP.NET基础设施从线程池中获取一个空闲的工作线程,然后会完成这个操作。

一、   异步使用文件

      本救命学习如何使用异步的方式读写一个文件。

 1.示例代码如下。

using System;using System.Collections.Generic;using System.IO;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading.Tasks; namespace ThreadIODemo{    class Program    {        static void Main(string[] args)        {            Console.WriteLine("--开始 使用 异步 I/O 线程 -- ");            var t = ReadWriteAsyncIO();            t.GetAwaiter().GetResult();            Console.Read();        }        const int BUFFER_SIZE = 4096;        async static Task ReadWriteAsyncIO()        {            using (var fs = new FileStream("test1.txt", FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite, FileShare.None, BUFFER_SIZE))            {                Console.WriteLine("1. 使用 I/O 线程 是否异步:{0}",fs.IsAsync);                byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(CreateFileContent());                var writeTask = Task.Factory.FromAsync(fs.BeginWrite, fs.EndWrite, buffer, 0, buffer.Length, null);                await writeTask;            }            using (var fs = new FileStream("test2.txt", FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite, FileShare.None,
BUFFER_SIZE, FileOptions.Asynchronous)) { Console.WriteLine("2. 使用 I/O 线程 是否异步:{0}",fs.IsAsync); byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(CreateFileContent()); var writeTask = Task.Factory.FromAsync(fs.BeginWrite, fs.EndWrite, buffer, 0, buffer.Length, null); await writeTask; } using (var fs = File.Create("test3.txt", BUFFER_SIZE, FileOptions.Asynchronous)) { using (var sw = new StreamWriter(fs)) { Console.WriteLine("3. 使用 I/O 线程 是否异步:{0}",fs.IsAsync); await sw.WriteAsync(CreateFileContent()); } } using (var sw = new StreamWriter("test4.txt", true)) { Console.WriteLine("4. 使用 I/O 线程 是否异步:{0}",((FileStream)sw.BaseStream).IsAsync); await sw.WriteAsync(CreateFileContent()); } System.Threading.Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("开始异步读取文件"); Task<long>[] readTasks = new Task<long>[4]; for (int i = 0; i < 4; i++) { readTasks[i] = SumFileContent(string.Format("test{0}.txt",i + 1)); } long[] sums = await Task.WhenAll(readTasks); Console.WriteLine("所有文件中的和值:{0}", sums.Sum()); Console.WriteLine("开始删除文件"); Task[] delTasks = new Task[4]; for (int i = 0; i < 4; i++) { string filename = string.Format("test{0}.txt",i + 1); delTasks[i] = SimulateAsynchronousDelete(filename); } await Task.WhenAll(delTasks); Console.WriteLine("删除文件结束"); } static string CreateFileContent() { var sb = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < 100000; i++) { sb.AppendFormat("{0}", new Random(i).Next(0, 99999)); sb.AppendLine(); } return sb.ToString(); } async static Task<long> SumFileContent(string filename) { using (var fs = new FileStream(filename, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.None, BUFFER_SIZE, FileOptions.Asynchronous)) using (var sr = new StreamReader(fs)) { long sum = 0; while (sr.Peek() > -1) { string line = await sr.ReadLineAsync(); sum += long.Parse(line); } return sum; } } static Task SimulateAsynchronousDelete(string filename) { return Task.Run(() => File.Delete(filename)); } }}

2.程序运行结果,如下图。

 

      当程序运行时,我们以不同的方式创建了4个文件,并写入一些随机数据。

      在第一个例子中,使用的是FileStream类以及其方式,将异步编程模式API转换成任务。

      在第二个例子中,使用的是FileStream类以及其方式,不过在构造的时候提供了FileStream.Asynchronous参数 。

      在第三个例子使用了一些简化的API,比如File.Create方法和StreamWrite类。它也使用I/O线程,我们可以使用Stream.iSaSYNC属性来检查。

     在第四个例子说明了过分简化 也不好。这里我们借助异步委托调用来模拟异步I/O,其实并没有使用异步I/O。

      然后并行地异步地从所有文件中读取数据,统计每个文件内容,然后求总和。

        最后,删除所有文件。

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