初步談談 C# 多線程、異步編程與併發服務器

多線程與異步編程能夠達到避免調用線程異步阻塞做用，可是二者仍是有點不一樣。

多線程與異步編程的異同：

 1.線程是cpu 調度資源和分配的基本單位，本質上是進程中的一段併發執行的代碼。

 2.線程編程的思惟符合正常人的思惟習慣，線程中的處理程序依然是順序執行，因此編程起來比較方便，可是缺點也是明顯的，多線程的使用會形成多線程之間的上下文切換帶來系統花銷，而且共享變量之間也是會形成死鎖的問題。

 3.由於異步操做無須額外的線程負擔，而且使用回調的方式進行處理，在設計良好的狀況下，處理函數能夠沒必要使用共享變量（即便沒法徹底不用，最起碼能夠減小 共享變量的數量），減小了死鎖的可能。固然異步操做也並不是完美無暇。編寫異步操做的複雜程度較高，程序主要使用回調方式進行處理，與普通人的思惟方式有些出入，並且難以調試。

適用範圍

　　在瞭解了線程與異步操做各自的優缺點以後，咱們能夠來探討一下線程和異步的合理用途。我認爲：當須要執行I/O操做時，使用異步操做比使用線程+同步 I/O操做更合適。I/O操做不只包括了直接的文件、網絡的讀寫，還包括數據庫操做、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨進程的調用。

　　而線程的適用範圍則是那種須要長時間CPU運算的場合，例如耗時較長的圖形處理和算法執行。可是每每因爲使用線程編程的簡單和符合習慣，因此不少朋友每每會使用線程來執行耗時較長的I/O操做。這樣在只有少數幾個併發操做的時候還無傷大雅，若是須要處理大量的併發操做時就不合適了。

2、多線程編程

恰好這段時間在看網絡編程，在這裏就結合多線程和網絡編程，實現可以應對多客戶端請求的服務端。Socket 類的 Accept() 方法一直等待，直到有客戶端鏈接請求。Socket 網絡編程能夠參考 C# 網絡編程之 Socket 編程 。

C# 中有專門的異步網絡編程方法，具體能夠參考 幾種Socket服務器模型比較。

多線程實現一個併發服務器的例子：

static Socket client;
static void Main(string[] args)
{
IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 9060); //建立 IPEndPoint 對象，表示接受任何端口 9050 的客戶機地址
Socket server = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); // TCP
server.Bind(ipep); //綁定
server.Listen(20); //監聽
Console.WriteLine("正在監聽...");

//下面這段代碼阻塞，能夠用新線程執行，但可能會出問題
while (true)
{
client = server.Accept(); //收到客戶端請求

//開新線程發送數據
Thread recvthread = new Thread(sendData);
recvthread.IsBackground = true; //後臺線程
// 啓動消息服務線程
recvthread.Start();
///也能夠開其餘線程，如接收數據線程
  }
}

static private void sendData()
{
if (client != null)
{
Console.WriteLine("客戶機" + client.RemoteEndPoint + "鏈接到服務器");
string data = "hello client";
byte[] msg = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(data); //將 string 轉化爲 byte 數組
client.Send(msg); //向客戶端發生數據
Console.WriteLine("發生數據：" + data);
client.Close();
}
}

3、異步編程

基於異步的編程方法有三種：

• 異步編程模式（APM），其中異步操做要求 Begin 和 End 方法（例如，異步寫操做的 BeginWrite 和 EndWrite）。對於新的開發工做再也不建議採用此模式。
• 基於事件的異步模式 (EAP) 須要一個具備 Async 後綴的方法，還須要一個或多個事件、事件處理程序、委託類型和 EventArg 派生的類型，在 .NET Framework 2.0 版中引入的。對於新的開發工做再也不建議採用此模式。
• 基於任務的異步模式 (TAP)，該模式使用一個方法表示異步操做的啓動和完成。.NET Framework 4 中引入了 TAP，而且是 .NET Framework 中異步編程的建議方法。

Task 異步，有如下三種方法建立 Task:

• Task.Factory.StartNew，比較經常使用。

• Task.Run，是.net 4.5中增長的。

• Task.FromResult，若是結果是已計算，就可使用這種方法來建立任務。

下面就以 Task.Factory.StartNew 進行異步編程實現一個併發服務器的例子：

static Socket client;
static void Main(string[] args)
{
IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 9060); //建立 IPEndPoint 對象，表示接受任何端口 9050 的客戶機地址
Socket server = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); // TCP
server.Bind(ipep); //綁定
server.Listen(20); //監聽
Console.WriteLine("正在監聽...");

//下面這段代碼阻塞，能夠放到子線程執行，可是可能會出現問題，能夠看最後面分析
while (true)
{
client = server.Accept();
//建立並啓動 task
Task.Factory.StartNew(() =>
{
sendData(); //一個沒有返回值的方法
});
}
}

static private void sendData()
{
if (client != null)
{
Console.WriteLine("客戶機" + client.RemoteEndPoint + "鏈接到服務器");
string data = "hello client";
byte[] msg = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(data); //將 string 轉化爲 byte 數組
client.Send(msg); //向客戶端發生數據
Console.WriteLine("發生數據：" + data);
client.Close();
}
}

 

使用 Async 與 Await 進行異步編程

static Socket client;
static Socket server;
static void Main(string[] args)
{
IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 9060); //建立 IPEndPoint 對象，表示接受任何端口 9050 的客戶機地址
server = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); // TCP
server.Bind(ipep); //綁定
server.Listen(20); //監聽
Console.WriteLine("正在監聽...");

accept();
}
static async void accept()
{
await acceptAsync();
}
static async Task acceptAsync() //異步接受請求
{
while (true)
{
client = server.Accept(); //收到客戶端請求
await sendData();
}
}
static async Task sendData() //異步發生數據
{
if (client != null)
{
Console.WriteLine("客戶機" + client.RemoteEndPoint + "鏈接到服務器");
string data = "hello client";
byte[] msg = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(data); //將 string 轉化爲 byte 數組
client.Send(msg); //向客戶端發生數據
//添加一個異步方法
await Task.Delay(1000);
Console.WriteLine("發生數據：" + data);
client.Close();
}
}

因爲 Main() 函數不能設置爲 async 模式，因此增長了一個accept 函數，使用 await 來執行異步操做 acceptAsync() ,等待接受客戶端的請求。同時在異步操做 acceptAsync() 中執行異步 sendData() ，異步發送數據。

 

一個問題：在上面的三個程序中，採用多線程和Task.Factory.StartNew 實現服務端的兩個程序，若是把下面兩段代碼做爲子線程或者異步函數執行，原本是阻塞的函數 client = server.Accept()，卻沒有等待客戶端鏈接，直接執行過去了？？是由於 accept（）在同時在靜態函數和多線程中的關係？？？？（由於在非靜態函數中這樣並無問題），可是使用Async 與 Await 執行的異步函數卻能正常執行。

while (true)
{
client = server.Accept(); //收到客戶端請求

//開新線程發送數據
Thread recvthread = new Thread(sendData);
recvthread.IsBackground = true; //後臺線程
// 啓動消息服務線程
recvthread.Start();
///也能夠開其餘線程，如接收數據線程
}

while (true){ client = server.Accept(); //建立並啓動 task Task.Factory.StartNew(() => { sendData(); //一個沒有返回值的方法 });}