C#异步和多线程,Thread,Task和async/await关键字--12

目录

一.多线程和异步的区别

1.多线程

2.异步编程

多线程和异步的区别

二.Thread,Task和async/await关键字的区别

1.Thread

2.Task

3.async/await

三.Thread,Task和async/await关键字的详细对比

1.Thread和Task的详细对比

2.Task 与 async/await 的配合使用

3. async/await 的实际应用场景

4.关键区别总结

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引言:在 C# 编程中,多线程和异步编程都是用于提高应用程序性能和响应性的技术,但它们的用途和实现方式有所不同

一.多线程和异步的区别

1.多线程

定义:

• 多线程是指在一个应用程序中同时运行多个线程,每个线程都独立执行代码.这些线程可能在多个处理器核心上并行运行,也可能在单个核心上通过时间片轮转方式运行

特性:

• 并行执行：多个线程可以并行执行任务,提高 CPU 利用率,适用于 CPU 密集型任务
• 共享内存空间：同一进程中的线程共享内存空间,可以方便地共享数据,但也需要处理同步问题
• 线程管理：需要开发者手动管理线程的创建,启动,同步和销毁

使用场景:

• 需要并行处理多个 CPU 密集型任务,以充分利用多核 CPU 的能力
• 需要在后台执行复杂计算,同时保持应用程序的响应性

2.异步编程

定义:

• 异步编程是一种编程范式，允许程序在等待长时间运行的操作（如 I/O、网络请求）完成时,不阻塞当前线程，从而提高应用程序的响应性和效率

特性:

• 非阻塞：异步操作不会阻塞线程,当前线程可以继续执行其他任务
• 事件驱动：通过回调,事件或任务的方式在操作完成时通知应用程序
• 适用于 I/O 密集型任务：特别是磁盘,网络等 I/O 操作,这些操作等待时间长,CPU 利用率低

使用场景:

• 防止界面卡顿：在 GUI 应用程序中,防止长时间的操作阻塞 UI 线程,保持界面响应性
• 服务器高并发：在服务器应用中,异步操作可以处理大量并发 I/O 请求,提高吞吐量

多线程和异步的区别

// 多线程示例
public void ThreadMethod()
{// 创建新线程Thread thread = new Thread(() =>{// 这段代码在新线程上运行DoSomeWork();});thread.Start();
}// 异步示例
public async Task AsyncMethod()
{// 不会创建新线程，而是在当前线程上异步执行await Task.Run(() =>{DoSomeWork();});
}

• 目的不同：多线程主要用于并行执行 CPU 密集型任务,异步编程主要用于非阻塞地执行 I/O 密集型任务
• 实现方式：多线程通过创建和管理线程实现并行,异步编程通过非阻塞的操作和回调机制实现,不一定需要多线程
• 资源利用：多线程可能会创建大量线程,占用系统资源;异步编程通常使用回调或任务,不需要额外的线程

  // 多线程示例 - CPU密集型计算
  public void ThreadExample()
  {Thread calculateThread = new Thread(() =>{// 复杂计算for (int i = 0; i < 1000000; i++){// 进行大量计算}});calculateThread.Start();
  }// 异步示例 - I/O操作
  public async Task AsyncExample()
  {// 读取文件string content = await File.ReadAllTextAsync("file.txt");// 发送网络请求var response = await httpClient.GetAsync("http://api.example.com");
  }
  

二.Thread,Task和async/await关键字的区别

1.Thread

定义:

• System.Threading.Thread 类表示 .NET 中的一个线程,可以用来手动创建,控制和管理线程

特性:

• 直接映射到操作系统线程：每个 Thread 实例对应一个操作系统线程
• 手动管理：需要手动创建,启动和销毁线程,以及处理线程同步问题
• 开销较大：创建和销毁线程的开销较大,过多的线程可能导致系统性能下降

使用场景:

• 需要对线程有精细的控制,比如设置线程优先级,堆栈大小,文化信息等
• 特定场景下需要手动管理线程的生命周期

示例代码:

    // 创建第一个线程Thread thread1 = new Thread(() =>{for (int i = 0; i < 5; i++){Console.WriteLine($"线程1正在执行: {i}");Thread.Sleep(2000); // 暂停2秒}});// 创建第二个线程Thread thread2 = new Thread(new ThreadStart(Thread2Method));// 启动线程Console.WriteLine("开始执行线程...");thread1.Start();thread2.Start();// 等待线程结束//Join方法用于等待线程结束，即等待线程中的代码执行完毕。thread1.Join();thread2.Join();Console.WriteLine("所有线程执行完毕!");Console.ReadKey();
}// 第二个线程要执行的方法
static void Thread2Method()
{for (int i = 0; i < 5; i++){Console.WriteLine($"线程2正在执行: {i}");Thread.Sleep(800); // 暂停0.8秒}
}

2.Task

定义:

• System.Threading.Tasks.Task 类代表一个异步操作,可以理解为更高级别的异步编程抽象

特性:

• 基于任务的异步模式（TAP）：使用任务来表示异步操作,可以更方便地组合,链接和处理任务
• 线程池：Task 默认会使用线程池中的线程，而不是创建新的线程，从而减少开销
• 支持结果值：Task<TResult> 可以返回计算结果
• 与 async/await 协同工作：Task 可以与 async/await 关键字配合使用,简化异步编程

使用场景:

• 执行异步操作，无需手动管理线程。
• 需要组合多个异步操作，或处理异步操作的结果。

   static async Task Main(string[] args){Console.WriteLine("开始任务示例...");// 1. 基本的异步任务await SimpleTaskAsync();// 2. 带返回值的任务int result = await CalculateAsync();Console.WriteLine($"计算结果: {result}");// 3. 并行任务await ParallelTasksAsync();// 4. 任务超时处理await TaskWithTimeoutAsync();Console.WriteLine("所有任务完成！");Console.ReadKey();}// 基本异步任务static async Task SimpleTaskAsync(){Console.WriteLine("开始简单任务");await Task.Delay(1000); // 模拟耗时操作Console.WriteLine("简单任务完成");}// 带返回值的异步任务static async Task<int> CalculateAsync(){Console.WriteLine("开始计算");await Task.Delay(2000); // 模拟复杂计算return 42;}// 并行任务示例static async Task ParallelTasksAsync(){Console.WriteLine("开始并行任务");var task1 = Task.Run(async () =>{await Task.Delay(1000);Console.WriteLine("任务1完成");});var task2 = Task.Run(async () =>{await Task.Delay(2000);Console.WriteLine("任务2完成");});// 等待所有任务完成await Task.WhenAll(task1, task2);Console.WriteLine("所有并行任务完成");}// 带超时的任务static async Task TaskWithTimeoutAsync(){Console.WriteLine("开始超时任务");try{using var cts = new CancellationTokenSource(TimeSpan.FromSeconds(2));await Task.Delay(3000, cts.Token); // 这个任务会超时Console.WriteLine("此行不会执行");}catch (TaskCanceledException){Console.WriteLine("任务已超时");}}

3.async/await

定义:async/await是 C# 中用于简化异步编程的关键字

特性:

• async 方法:使用 async 修饰的方法表示其内部可能包含异步操作,可以使用 await 关键字
• await 关键字：用于等待一个异步任务完成,而不会阻塞当前线程
• 编译器支持：编译器会将 async 方法转换为状态机,处理异步操作的调度

使用场景:

• 希望以同步的方式编写异步代码，提高代码的可读性和维护性。
• 在 GUI 或服务器应用中，防止长时间的操作阻塞线程。

三.Thread,Task和async/await关键字的详细对比

1.Thread和Task的详细对比

// Thread 示例
Thread thread = new Thread(() =>
{Console.WriteLine("使用 Thread 执行工作");Thread.Sleep(1000);
});
thread.Start();// Task 示例
Task task = Task.Run(() =>
{Console.WriteLine("使用 Task 执行工作");Thread.Sleep(1000);
});

主要区别:

Thread:

• 直接映射到操作系统线程

• 资源开销大

• 无法直接返回结果

• 不易于管理和组合

Task:

• 使用线程池

• 可以返回结果

• 支持取消、延续、异常处理

• 易于组合和管理

2.Task 与 async/await 的配合使用

// Task 单独使用
public Task<int> GetDataAsync()
{return Task.Run(() => {// 执行一些耗时操作Thread.Sleep(1000);return 42;});
}// 使用 async/await
public async Task<int> GetDataAsyncWithAwait()
{Console.WriteLine("开始");await Task.Delay(1000); // 异步等待Console.WriteLine("结束");return 42;
}

3. async/await 的实际应用场景

// 文件操作示例
public async Task SaveFileAsync(string content)
{Console.WriteLine("开始保存文件");await File.WriteAllTextAsync("test.txt", content);Console.WriteLine("文件保存完成");
}// 多个异步操作组合
public async Task ProcessDataAsync()
{try{// 并行执行多个异步操作var task1 = Task.Delay(1000);var task2 = Task.Delay(2000);await Task.WhenAll(task1, task2);// 串行执行异步操作var result1 = await GetDataAsync();var result2 = await ProcessResultAsync(result1);}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"错误: {ex.Message}");}
}

4.关键区别总结

1)执行模型:

• Thread: 一个线程执行一个任务

• Task: 可以使用线程池，更灵活

• async/await: 不创建新线程，而是管理异步操作

2)资源使用:

• Thread: 每个线程占用约1MB内存

• Task: 更轻量级，共享线程池

• async/await: 几乎没有额外开销

3)使用场景:

• Thread: 需要直接控制线程时

• Task: 执行后台操作，需要返回结果时

• async/await: IO操作，网络请求等不需要CPU计算的操作

4)代码可维护性:

• Thread: 较难管理和维护

• Task: 提供更好的控制和组合

• async/await: 提供最清晰的代码结构

在实际的开发中优先使用 async/await 处理异步操作,需要并行计算时使用 Task,只在特殊情况下使用 Thread