异步编程

异步的概念很容易与多线程弄混。我们要提高处理器的性能，仅依靠提高 “时钟频率” 已经不足。而目前主要提高的手段就是 “并行” 计算能力。利用 “多核” 提高应用程序的计算性能。

多核处理器，每个核在同一时刻只能运行一个线程。当 window 给每个核调度线程时会发生线程上下文切换。在线程切换期间，windows 内核要保存当前处理核心线程的状态给到操作系统内部的线程对象，然后从所有的高优先级的 “已就绪” 线程中选择一个，将线程上下文信息从线程对象传输到处理器，最后并执行。如果处理器从不同的处理器切换线程，就会产生更多的开销，因为内部的地址空间都发生了改变。

那么什么是并发：简而言之就是同时做多件事。应用程序可以利用 “并发” 在处理第一个请求的同时可以响应第二个请求。

什么是多线程：并发的一种形式，它采用多个线程来实现并发。

那么回到标题，什么是异步编程。《C# 并发编程经典实例》中对异步编程是这么介绍的：

异步编程：并发的一种形式，它采用 future 模式或回调（callback）机制，以避免产生不必要的线程

我把重点的内容加粗显示了。异步的目的就是为了减少不必要线程的产生，其目的也是为了减少线程上下文切换这种巨额开销的产生。上文提到的 future 代表一些即将完成的操作。如 Task，Task<Result>。异步编程的核心概念是异步操作。启动的操作将会在一段时间后完成，这个操作正在执行时不会阻塞原来的线程。触发这个操作的线程可以继续执行其他任务。当这个操作完成时就会通知它的 future 或者回调函数让其知道操作已经完成。

线程

在异步编程下，我们很容易会联想到线程。我们知道线程是一个独立的运行单元，每个进程内有多个线程，每个线程都有独立的栈空间，各自运行自己的任务。

新建一个线程是一个开销很大的操作，因为会分配一些系统资源（包括但不限于线程内核对象，线程环境块，用户模式栈，内核模式栈，DLL 线程连接和分离通知），以及栈空间，在运行时还会造成更多的上下文切换。上下文切换会导致线程间的数据同步（复制）。所以为了减少这种单纯的开辟线程，后来就出现了线程池，线程池为了提高线程的复用率，会按需创建线程并用完后继续保留，以满足后续的需求，这样就避免了在此创建线程的开销。

每个处理器同一时间只能运行一个线程，线程在 “线程时间片（Thread Quantum）” 中执行代码，Thread Quantum 是时钟间隔（Clock Interval）的倍数，在目前的多处理系统中每个时钟间隔大概是 15 ms。当代码从栈顶返回进入等待状态后，或者是 Thread Quantum 时间到期，调度程序则会再选一个就绪线程来执行。下一个执行的线程有可能还是同一个线程，也有可能不是，这取决于处理器的竞争情况。—— 《编写高性能的 .NET 代码》

Thread Quantun：每个线程都有 Thread Quantun，它是占有 CPU 有效时间的一个度量。

从上面来看，如果从硬性标准来看，如果你的应用程序执行时间没有超过一个 Thread Quantum 的话，那么直接开辟一个 Thread 是没问题的。不过总的来说，不管什么情况，您都应该使用 Task。

并行

PLinq 提供 api Parallel.For 来快捷的并行循环执行。我们用的最多的就是 Parallel.For/ForEach 这两个 api 了。虽然方便好用，但是也有很多细节需要注意。

如果我们想要在这批量并发的请求逻辑里面，需要中断并发执行。我们就可以借助重载函数的 ParallelLoopState 参数。

// 需要中断循环执行，可以传对象 ParallelLoopState
Parallel.ForEach(urls, (url, loopState) => {
    if (url.Contains("bing")) {
        // 调用 Break 中断当前请求之后的所有请求
        loopState.Break();
        // 调用 Stop
        // loopState.Stop();
    }
})

我们在调用并发方法时，我们一定要注意在执行过程最好不要共享变量，因为这会导致阻塞，丝毫体现不出并行的优势。

还有一点要注意的是，我们在执行并行程序的时候，通过代码可以发现每次迭代都会生成一个委托，如果每次迭代完成的时间还不如生成委托的开销大，那用这个就有点浪费了。

我们可以通过并行分区来解决这个问题。

// 分区 For 并行循环
var partitioner = (Partitioner.Create(0, MaxValue));
sum = 0;
Parallel.ForEach(partitioner, (range) => {
    long partialSum = 0;
    for (var i = range.Item1; i < range.Item2; i++) {
        partialSum += (long) Math.Sqrt(i);
    }
    Interlocked.Add(ref sum, partialSum);
});

上述方法是在每个分区里运行一个委托。当你不指定分区的时候，默认情况就是为每个迭代项都会创建一个委托。

真异步与线程异步

真正的异步 I/O 与在另一个线程上执行异步 I/O 这两者是有巨大的差别的。前者是实际上把处理控制权交给你操作系统和硬件，此时系统中的代码都不会发生阻塞，等待它们返回。如果你是在其他线程上执行异步 I/O，你会阻塞这个线程做其它工作，同时仍在等待操作系统返回给你。

Task.Run( ()=> 
{ 
    using (var inputStream = File.OpenRead(filenam e)) { 
        byte[] buffer = new byte[16384]; 
        // 调用同步 I/O 仍然会阻塞线程，在执行I/O时，会与底层硬件交互
        // 操作系统会转向驱动设备程序执行 IRP
        var input = inputStream.Read(buffer, 0, buffe r.Length); ... 
    } 
});