淺說C#非同步和同步

提到非同步，那麼與之對應的是什麼呢？同步。那麼C#的非同步和同步是如何工作的呢？

首先，我們先來看看慄子：

新建一個控制台應用程式，在Program文件中添加如下代碼：

 1  static void Main(string[] args)
 2         {
 3             //計時器
 4             Stopwatch watch = new Stopwatch();
 5             //開始計時
 6             watch.Start();
 7             Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 進入Main方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
 8             //調用任務一（同步）
 9             TaskOne();
10             // 調用任務二
11             TaskTwo();
12             //停止計時
13             watch.Stop();
14             Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 退出Main方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
15             Console.WriteLine($"主線程總耗時：{watch.ElapsedMilliseconds}ms");
16             Console.ReadKey();
17         }
18         
19         /// <summary>
20         /// 任務一
21         /// </summary>
22         static void TaskOne()
23         {
24             Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 進入TaskOne方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
25             for (int i = 0; i < 5; i++)
26             {
27                 Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} TaskOne正在執行，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
28                 System.Threading.Thread.Sleep(1000);
29             }
30             Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 退出TaskOne方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
31         }
32         /// <summary>
33         /// 任務二
34         /// </summary>
35         static void TaskTwo(){
36             Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 進入TaskTwo方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
37             for (int i = 0; i < 2; i++)
38             {
39                 Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} TaskTwo正在執行，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
40                 System.Threading.Thread.Sleep(1000);
41             }
42             Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 退出TaskTwo方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
43         }

這個慄子很簡單，定義了兩個方法：TaskOne，TaskTwo。在裡面每隔一秒輸出一次當前時間，和當前線程。TaskOne迴圈5次和TaskOne2次。然後在MAIN函數裡面順序調用，並記錄MAIN函數執行的總耗時時間。F5運行效果如圖：

從圖中可以看出，程式順序執行TaskOne之後，再執行TaskTwo。執行線程未改變。

下麵我們改改代碼，用非同步方式改寫下TaskOne。提到非同步，大家腦海裡隨之浮現的我想會是它吧。關鍵字async。當然與之成對出現的await也不能少了。先看看改寫後的代碼：

 /// <summary>
        /// 任務一（非同步）
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        static async Task<int> TaskOneAsync()
        {
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 進入TaskOneAsync方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            var t = Task<int>.Run(() =>
            {
                var total = 0;
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    total++;
                    Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} TaskOneAsync正在執行，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }
                return total;
            });
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 退出TaskOneAsync方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            return await t;
        }

main函數改為調用非同步方法

 static void Main(string[] args)
        {
            //計時器
            Stopwatch watch = new Stopwatch();
            //開始計時
            watch.Start();
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 進入Main方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            //調用任務一（同步）
            //TaskOne();
            //調用任務一（非同步）
            TaskOneAsync();
            // 調用任務二
            TaskTwo();
            //停止計時
            watch.Stop();
            Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()} 退出Main方法，執行線程：{System.Threading.Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.WriteLine($"主線程總耗時：{watch.ElapsedMilliseconds}ms");
            Console.ReadKey();
        }

F5運行後效果：

我們可以看到Main函數的執行時間從7082ms變為了2404ms。時間大大的縮短了。但是，在main已經結束後，TaskOneAsync依然還在運行中....,並且TaskOneAsync的執行線程不是主線程9而是10！！

下麵我們來好好梳理下程式的執行過程，看圖便知：

可以看到當程式進入Main方法執行，進入TaskOneAsync後，線程ID依然是9，當遇到Task執行任務創建，並運行。主線程並沒有阻塞，而是單獨開了一個新的線程10去執行TASK任務。主線程依然順序執行，然後退出非同步方法。進入到TaskTwo中執行完畢，最後直到Main方法結束時，由於TaskOneAsync耗時較長，線程10依然繼續在執行Task。直到Task結束。其實系統，在Task任務Run的時候，已經新開了一個線程執行Task裡面的任務，然後主線程繼續執行TaskTwo，在TaskTwo執行這段期間，任務TaskOneAsync也在另一個線程同時j執行。可見，Task會新開一個線程執行命令，當前線程不會被阻塞，因此Main線程其實根本沒有像同步方式一樣執行最耗時的TaskOneAsync裡面的Task，而是交給了另外一個線程執行，這就是主線程執行時間，大大縮短的原因。因此，這種處理機制，對於用戶體驗，是比較友好的。其實，在我們開發中，常常見到以async結尾的方法。最常見的應該是IO讀取，寫入，以及 http資源請求相關類庫方法。因為這些都是比較耗時的，一般耗時的工作，為了不影響主線程響應，我們一般都採用非同步方式進行處理。

那麼，當我們主線程，需要獲取Task任務返回結果時，主線程會阻塞線程等待其結果返回後，再繼續執行下去。改下Main方法裡面的代碼，驗證一下：

 如圖，得以驗證，主線程阻塞了線程，等待Task執行完畢後，再繼續執行。

歸納總結，非同步和同步，我是這樣理解的：

同步：一段代碼指令，在同一線程上，被順序執行，中間沒有插隊。就好比去電影院買票，有很多人（待執行的指令），但是只有一個視窗（一個線程，一般指主線程）。後面的人，只能等前面的人買了票，走了，才能前一步，他們的步調是一致。所以，稱之為同步。

非同步：一段代碼指令，在執行的時候，其中一些指令與指令之間，被執行的時間點一樣，但是操作其執行的線程不一樣。兩者存在一段時間的並行現象。好比電影院看到排隊買票的人越來越多，經理馬上又新安排了一個售票員開了一個新視窗（開新線程）售票，把原來排隊的人（待執行的指令），轉移了一部分到新的視窗繼續排隊買票。這樣原來售票視窗（主線程）的作業任務以及時間，則相應減少了。

非同步方式其實是一種處理機制，它有好處，也有弊端。如果我們無端的濫用，會起反作用。因為，新開線程會消耗線程資源。所以，秉承一個原則：在不影響主線程響應前提下，能不用則不用。

以上都是個人見解，如有錯誤，還望指出，望不吝賜教~~