C#中的异步操作和线程

Question

异步编程是一种技术，它在后台调用长时间运行的方法，以便UI线程保持响应性。在调用Web服务或数据库查询或任何I/O绑定操作时应使用此技术。当异步方法完成时，它将结果返回给主线程。通过这种方式，程序的主线程不必等待I/O绑定操作的结果，并且可以继续执行而不会阻塞/冻结UI。这样做没问题。

据我所知，异步方法在后台工作线程上执行。运行时从线程池中提供线程，或者可能为其执行创建全新线程。

但我已经读过许多帖子，其中异步操作可能在不使用任何线程的情况下执行。现在我非常困惑。

1）您能否帮助澄清在什么情况下异步操作将不使用线程？

2）处理器核心在异步操作中的作用是什么？

3）它与多线程有何不同？ 我知道一件事，即多线程对于计算密集型操作很有用。

请帮忙解答。

- Tisha Anand

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C# 中有多种异步方式 - 你是指异步编程模型（或 Begin/End 风格）、基于事件的异步模式（完成 EventHandler）还是任务异步模式（async/await/Task 风格）？ - Jeffrey Hantin

我有一篇博客文章，详细描述了异步操作如何在不阻塞线程的情况下工作。 - Stephen Cleary

嗨，Jeffrey，无论是APM、EAP还是TAP，我在某处读到EAP使用后台线程。 - Tisha Anand

但是 TAP 可能会或可能不会使用线程池线程。 - Tisha Anand

谢谢Jeffery...你的博客文章帮了我很多。谢谢。 - Tisha Anand

Answer 1

IO (假设是网络上的数据库操作) 是这三个方面的一个很好的例子:

1. 你基本上只需注册一个回调函数，当 IO 操作完成时，操作系统将最终调用该函数（可能在新创建的线程上）。没有线程一直等待 - 复活将由硬件事件触发（或者至少通常在用户空间之外的操作系统进程中触发）

2. 它可能没有(见第1点)

3. 在多线程中，您使用不止一个线程（您的后台线程），其中一个可能会空闲无事可做（但使用系统资源） - 如果您有某些计算（因此线程不是空闲等待外部结果 ），那么使用后台工作线程就有意义。

- Random Dev

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嗨，Carsten，你的意思是说在异步IO绑定操作的情况下，执行不会在后台线程上完成。操作系统仅使用线程池线程来调用回调方法？ - Tisha Anand

是的，没错 - 如果做得正确的话。这就是为什么我说要异步来扩展。 - Random Dev

好的，非常感谢。但是在您最后的评论中还有一个条件，“如果做得正确”。这是什么意思？如果异步IO绑定操作不在线程上执行，那它在哪里执行？在另一个操作系统进程中吗？如果是这样，那么必须在另一个操作系统进程中有专用的线程？ - Tisha Anand

不需要在线程中。基本上，当操作系统在您的网络硬件发出新数据的信号后恢复您的计算时，就足够了，操作系统会检查...细节非常复杂，但基本上只要有硬件中断，您就不必一直观察；）-如果正确执行，则意味着必须正确执行OS、框架等的实现-例如，我认为Task.Delay仍将使用线程/计时器，因此即使它看起来是异步的，您也不会真正获得（全部）好处。 - Random Dev

非常感谢你，Carsten...你帮了我很多 :) - Tisha Anand

Answer 2

异步操作并不意味着它们将如何被处理，只是表明它们希望能够稍后返回结果。例如：

• 它们可能（正如您所提到的）将计算密集型任务拆分到独立线程中，但这不是唯一的用例。
• 如果已经有足够的缓冲内容（输入）或空闲缓冲区空间（输出）来服务于 I/O 请求，则它们有时会在启动它们的调用中同步完成，此时不使用额外的线程。
• 它们可能仅向系统发送一个长时间运行的 I/O 请求；在这种情况下，回调很可能会在接收到 I/O 完成端口的通知后在后台线程上发生。
• 完成后，回调可能稍后在同一线程上交付；这在 UI 框架内的事件中特别常见，例如在 WebBrowser 中导航。

- Jeffrey Hantin

Answer 3

异步性并不代表线程。它是指具有某种回调的状态机（不完全正确，但您可以将其视为事件）内进行处理。异步性不会引发线程，也不会显著分配系统资源。您可以运行任意数量的异步方法。

线程确实会对您的系统产生影响，并且您一次最多只能拥有一定数量的线程。

I/O 操作主要与其他控制器（如硬盘驱动器、网络适配器等）相关。如果您创建一个线程，则应用程序的线程无事可做，一直等待控制器完成操作。而在异步中，正如 Carsten 和 Jeffrey 已经提到的那样，您只需要获取某种回调机制，因此您的线程可以继续执行其他工作、方法等。

还要记住，每个线程都需要资源（RAM、性能、垃圾回收句柄变得更糟糕等），甚至可能会出现异常（OutOfMemoryException 等）。

那么何时使用线程呢？除非真的需要，否则绝对不要使用。如果有异步 API，请使用它，除非您有非常重要的理由不使用它。过去异步 API 真正让人头疼，这就是为什么许多人在只需要异步性时就使用线程的原因。

例如，Node.js 完全拒绝使用多线程！

这对于处理多个请求的情况尤其重要，例如在服务/网站中总是有工作要做。还有一个Jeffrey Richter的网络研讨会，对此有所帮助。

另外，请查看MSDN文章 PS：异步和等待的源代码往往更易读

- Boas Enkler