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异步调用与多线程的区别

作者: GUO Xingwang  来源: 博客园  发布时间: 2010-12-26 21:43  阅读: 5591 次  推荐: 3   原文链接   [收藏]  

  随着拥有多个硬线程CPU(超线程、双核)的普及,多线程和异步操作等并发程序设计方法也受到了更多的关注和讨论。本文主要是想探讨一下如何使用并发来最大化程序的性能。

  多线程和异步操作的异同

  多线程和异步操作两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的,从而提高软件的可响应性。甚至有些时候我们就认为多线程和异步操作是等同的概念。但是,多线程和异步操作还是有一些区别的。而这些区别造成了使用多线程和异步操作的时机的区别。多线程是实现异步的一个重要手段,但不是唯一手段,对以一个单线程程序也可以是异步执行的。

  异步操作的本质

  所有的程序最终都会由计算机硬件来执行,所以为了更好的理解异步操作的本质,我们有必要了解一下它的硬件基础。 熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生,硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标,其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直 接内存访问的意思,也就是说,拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。只要CPU在发起数据传输时发送一个指令,硬件就开 始自己和内存交换数据,在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS 这样的单进程(而且无线程概念)系统中也同样可以发起异步的DMA操作。异步编程的目的就是为了能够是实现并行,但不仅是提高多处理器间的并行度,同时也是提高处理器与I/O处理器的并行度。非阻塞模式一般特指异步的I/O 操作,可以算是异步编程的一种类型。

  线程的本质

  线程不是一个计算机硬件的功能,而是操作系统提供的一种逻辑功能,线程本质上是进程中一段并发运行的代码,所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

  异步操作的优缺点

  因为异步操作无须额外的线程负担,并且使用回调的方式进行处理,在设计良好的情况下,处理函数可以不必使用共享变量(即使无法完全不用,最起码可以减少 共享变量的数量),减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高,程序主要使用回调方式进行处理,与普通人的思维方式有些初入,而且难以调试。

  多线程的优缺点

  多线程的优点很明显,线程中的处理程序依然是顺序执行,符合普通人的思维习惯,所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显,线程的使用(滥用)会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

  适用范围

  在了解了线程与异步操作各自的优缺点之后,我们可以来探讨一下线程和异步的合理用途。我认为:当需要执行I/O操作时,使用异步操作比使用线程+同步 I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写,还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨进程的调用。而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合,例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往 往由于使用线程编程的简单和符合习惯,所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅,如果需要处 理大量的并发操作时就不合适了。

  对于CPU来说以下意味着什么

  线程:意味了CPU的一组寄存器

  进程:意味着CPU的页目录寄存器

  IO:意味着一些端口或内存地址空间中一些地址

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