異步編程與多線程編程的聯繫和區別

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一、異步編程與多線程的區別

共同點：異步和多線程二者均可以達到避免調用線程阻塞的目的，從而提升軟件的可響應性

不一樣點：

        （1）線程不是一個計算機硬件的功能，而是操做系統提供的一種邏輯功能，線程本質上是進程中一段併發運行的代碼，因此線程須要操做系統投入CPU資源來運行和調度。

                 多線程的優勢很明顯，線程中的處理程序依然是順序執行，符合普通人的思惟習慣，因此編程簡單。可是多線程的缺點也一樣明顯，線              程的使用（濫用）會給系統帶來上下文切換的額外負擔。而且線程間的共享變量可能形成死鎖的出現

      （2）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（即便沒法完                全不用，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 初入，並且難以調試。

        這裏有一個疑問。異步操做沒有建立新的線程，咱們必定會想，好比有一個文件操做，大量數據從硬盤上讀取，若使用單線程的同步操做天然要等待會很長時間，可是若使用異步操做的話，咱們讓數據讀取異步進行，二線程在數據讀取期間去幹其餘的事情，咱們會想，這怎麼行呢，異步沒有建立其餘的線程，一個線程去幹其餘的事情去了，那數據的讀取異步執行是去由誰完成的呢？實際上，本質是這樣的。

        熟悉電腦硬件的朋友確定對DMA這個詞不陌生，硬盤、光驅的技術規格中都有明確DMA的模式指標，其實網卡、聲卡、顯卡也是有DMA功能的。DMA就是直 接內存訪問的意思，也就是說，擁有DMA功能的硬件在和內存進行數據交換的時候能夠不消耗CPU資源。只要CPU在發起數據傳輸時發送一個指令，硬件就開 始本身和內存交換數據，在傳輸完成以後硬件會觸發一箇中斷來通知操做完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操做正是異步操做的硬件基礎。因此即便在DOS 這樣的單進程（並且無線程概念）系統中也一樣能夠發起異步的DMA操做。

       即CPU在數據的長時間讀取過程當中 ，只須要作兩件事，第一發布指令，開始數據交換；第二，交換結束，獲得指令，CPU再進行後續操做。而中間讀取數據漫長的等待過程，CPU自己就不須要參與，順序執行就是我不參與可是我要乾等着，效率低下；異步執行就是，我不須要參與那我就去幹其餘事情去了，你作完了再通知我就能夠了（回調）。

       可是你想一下，若是有一些異步操做必需要CPU的參與才能完成呢，即我開始的那個線程是走不開的，這該怎麼辦呢，在.NET中，有線程池去完成，線程池會高效率的開啓一個新的線程去完成異步操做，在python中這是系統本身去安排的，無需人工干預，這就比本身建立不少的線程更加高效。

總結：

       （1）「多線程」，第1、最大的問題在於線程自己的調度和運行須要不少時間，所以不建議本身建立太大量的線程；第2、共享資源的調度比較難，涉及到死鎖，上鎖等相關的概念。

       （2）「異步」 ，異步最大的問題在於「回調」，這增長了軟件設計上的難度。

在實際設計時，咱們能夠將二者結合起來：

       （1）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。異步特別適用於大多數IO密集型的應用程序。
       （2）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。可是往 往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。

二、在多線程編程和異步編程上的進步（以.NET和python語言爲例進行說明）

       多線程最大的問題在於「線程的調度」，而在.NET中引入了線程池的概念，避免人爲建立多餘線程，讓系統進行分配；而Python語言中的多線程編程效率一直飽受詬病，所以python不多使用多線程，通常使用「協程」，後面會講到。

      異步最大的問題在於「回調」，.NET隨着版本的升級，從多任務編程，到後面使用await-async關鍵字的提高，讓人更加方便，不用注意到複雜的回調問題，用同步的思惟方式進行異步編程。python從3.4版本開始也開始使用協程和時間循環機制，從yield和yield from 語句中受到啓發，解決了「回調問題」，而在python3.5版本中，也是使用了await-async關鍵字，進一步簡化了編程。在這一方面，python和.NET有不少類似之處。（詳細案例會在後面文章中展現）