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科普:多線程與異步的區(qū)別

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隨著擁有多個硬線程CPU(超線程、雙核)的普及,多線程和異步操作等并發(fā)程序設(shè)計方法也受到了更多的關(guān)注和討論。本文主要是想與園中各位高手一同探討一下如何使用并發(fā)來最大化程序的性能。

  多線程和異步操作的異同

  多線程和異步操作兩者都可以達(dá)到避免調(diào)用線程阻塞的目的,從而提高軟件的可響應(yīng)性。甚至有些時候我們就認(rèn)為多線程和異步操作是等同的概念。但是,多線程和異步操作還是有一些區(qū)別的。而這些區(qū)別造成了使用多線程和異步操作的時機(jī)的區(qū)別。

  異步操作的本質(zhì)

  所有的程序最終都會由計算機(jī)硬件來執(zhí)行,所以為了更好的理解異步操作的本質(zhì),我們有必要了解一下它的硬件基礎(chǔ)。 熟悉電腦硬件的朋友肯定對DMA這個詞不陌生,硬盤、光驅(qū)的技術(shù)規(guī)格中都有明確DMA的模式指標(biāo),其實網(wǎng)卡、聲卡、顯卡也是有DMA功能的。DMA就是直接內(nèi)存訪問的意思,也就是說,擁有DMA功能的硬件在和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的時候可以不消耗CPU資源。只要CPU在發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸時發(fā)送一個指令,硬件就開始自己和內(nèi)存交換數(shù)據(jù),在傳輸完成之后硬件會觸發(fā)一個中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是異步操作的硬件基礎(chǔ)。所以即使在DOS這樣的單進(jìn)程(而且無線程概念)系統(tǒng)中也同樣可以發(fā)起異步的DMA操作。

  線程的本質(zhì)
  線程不是一個計算機(jī)硬件的功能,而是操作系統(tǒng)提供的一種邏輯功能,線程本質(zhì)上是進(jìn)程中一段并發(fā)運(yùn)行的代碼,所以線程需要操作系統(tǒng)投入CPU資源來運(yùn)行和調(diào)度。

  異步操作的優(yōu)缺點

  因為異步操作無須額外的線程負(fù)擔(dān),并且使用回調(diào)的方式進(jìn)行處理,在設(shè)計良好的情況下,處理函數(shù)可以不必使用共享變量(即使無法完全不用,最起碼可以減少共享變量的數(shù)量),減少了死鎖的可能。當(dāng)然異步操作也并非完美無暇。編寫異步操作的復(fù)雜程度較高,程序主要使用回調(diào)方式進(jìn)行處理,與普通人的思維方式有些初入,而且難以調(diào)試。

  多線程的優(yōu)缺點
  多線程的優(yōu)點很明顯,線程中的處理程序依然是順序執(zhí)行,符合普通人的思維習(xí)慣,所以編程簡單。但是多線程的缺點也同樣明顯,線程的使用(濫用)會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負(fù)擔(dān)。并且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現(xiàn)。

  適用范圍

  在了解了線程與異步操作各自的優(yōu)缺點之后,我們可以來探討一下線程和異步的合理用途。我認(rèn)為:當(dāng)需要執(zhí)行I/O操作時,使用異步操作比使用線程+同步I/O操作更合適。I/O操作不僅包括了直接的文件、網(wǎng)絡(luò)的讀寫,還包括數(shù)據(jù)庫操作、Web Service、HttpRequest以及.Net Remoting等跨進(jìn)程的調(diào)用。
  而線程的適用范圍則是那種需要長時間CPU運(yùn)算的場合,例如耗時較長的圖形處理和算法執(zhí)行。但是往往由于使用線程編程的簡單和符合習(xí)慣,所以很多朋友往往會使用線程來執(zhí)行耗時較長的I/O操作。這樣在只有少數(shù)幾個并發(fā)操作的時候還無傷大雅,如果需要處理大量的并發(fā)操作時就不合適了。

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