一个例子形象的理解异步和多线程的区别

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所属分类:.NET技术
摘要

Talk is cheap, show me the code! 所以,废话先不说,先上代码:
性能差9倍!把WebAPI接口中模拟执行耗时操作改成1000毫秒再测试,测试结果如下:


一个例子形象的理解异步和多线程的区别

Talk is cheap, show me the code! 所以,废话先不说,先上代码:

首先写一个WebAPI接口

/// <summary> /// 测试接口 /// </summary> [RoutePrefix("api/test")] public class TestController : ApiController {     /// <summary>     /// 测试GET请求     /// </summary>     /// <param name="val">测试参数</param>     [HttpGet]     [Route("TestGet")]     public HttpResponseMessage TestGet(string val)     {         Thread.Sleep(200); //模拟执行耗时操作          return new HttpResponseMessage { Content = new StringContent(val.ToString(), Encoding.UTF8, "text/plain") };     } } 

测试代码

using System; using System.Collections.Generic; using System.Diagnostics; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading; using System.Threading.Tasks; using System.Windows.Forms; using Utils;  namespace AsyncDemo2 {     public partial class Form1 : Form     {         private int n = 200;          public Form1()         {             InitializeComponent();              Task.Factory.StartNew(() =>             {                 while (true)                 {                     Thread.Sleep(100);                      ThreadPool.GetMaxThreads(out int w1, out int c1);                     ThreadPool.GetAvailableThreads(out int w2, out int c2);                      int w = w1 - w2;                     int c = c1 - c2;                     label1.BeginInvoke(new Action(() =>                     {                         label1.Text = string.Format("工作线程:{0} 异步线程:{1}", w, c);                     }));                 }             }, TaskCreationOptions.LongRunning);         }          /// <summary>         /// 日志输出         /// </summary>         private void Log(string msg)         {             this.BeginInvoke(new Action(() =>             {                 textBox1.AppendText(DateTime.Now.ToString("mm:ss.fff") + ":" + msg + "rn");             }));         }          /// <summary>         /// 异步请求         /// </summary>         private async Task ReqeustAsync(int val)         {             try             {                 Log("异步  开始请求" + val);                 string result = await HttpUtil.HttpGetAsync("http://localhost:8500/api/test/TestGet?val=" + val);                 Log("异步  返回数据" + result + "  线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);             }             catch (Exception ex)             {                 Log("出错:" + ex.Message);             }         }          /// <summary>         /// 在线程中同步请求         /// </summary>         private Task Request(int val)         {             return Task.Run(() =>             {                 try                 {                     Log("同步多线程  开始请求" + val);                     string result = HttpUtil.HttpGet("http://localhost:8500/api/test/TestGet?val=" + val);                     Log("同步多线程  返回数据" + result + "  线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);                 }                 catch (Exception ex)                 {                     Log("出错:" + ex.Message);                 }             });         }          //测试异步请求         private async void button3_Click(object sender, EventArgs e)         {             textBox1.Text = string.Empty;             Stopwatch sw = new Stopwatch();             List<Task> taskList = new List<Task>();             sw.Start();              for (int i = 0; i < n; i++)             {                 Task t = ReqeustAsync(i);                 taskList.Add(t);             }             foreach (Task t in taskList)             {                 await t;             }              Log(n + "个异步请求完成,耗时:" + sw.Elapsed.TotalSeconds.ToString("0.000"));             sw.Stop();         }          //测试多线程同步请求         private void button4_Click(object sender, EventArgs e)         {             textBox1.Text = string.Empty;              Task.Run(() =>             {                 List<Task> taskList = new List<Task>();                 Stopwatch sw = new Stopwatch();                 sw.Start();                  for (int i = 0; i < n; i++)                 {                     Task t = Request(i);                     taskList.Add(t);                 }                 Task.WaitAll(taskList.ToArray());                  Log(n + "个多线程同步请求完成,耗时:" + sw.Elapsed.TotalSeconds.ToString("0.000"));                 sw.Stop();             });         }     } } 

测试结果

一个例子形象的理解异步和多线程的区别
性能差9倍!

把WebAPI接口中模拟执行耗时操作改成1000毫秒再测试,测试结果如下:

一个例子形象的理解异步和多线程的区别
性能差10倍!

把Form1.cs构造函数中添加一行ThreadPool.SetMinThreads(20, 20);再测:
一个例子形象的理解异步和多线程的区别
设置线程池中线程的最小数量为20后,性能差距缩小了,性能只差4倍!为什么?没有设置线程池最小数量时,大约每1秒增加1到2个线程,线程增加速度太慢了,不影响异步性能,异步只需要很少的线程数量,但影响多线程性能。

把Form1.cs构造函数中代码修改成ThreadPool.SetMinThreads(200, 200);再测:
一个例子形象的理解异步和多线程的区别
当线程池中线程数量足够多时,性能差不多了!

结论

通过这个形象的例子,你体会到异步的好处了吗?
有人可能会说,你怎么不把WebAPI端改成异步试试?WebAPI端是模拟的操作,在没有外部操作(IO操作、数据库操作等),仅有数据计算时,WebAPI端改成异步没区别。

有一个截图中没有体验出来的,测试过程中,对于异步测试,工作线程和异步线程始终为0,我想异步线程应该是变化的,可能只是变化太快,看不出来。而多线程测试,测试过程中,我们可以看到工作线程的数量是大于0的,维持在一定数量,直到请求完成,也就是说,测试过程中,要占用一定数量的工作线程。

所以结论是什么?
异步在执行耗时请求时,不会占用线程(注意占用这个词,它肯定是使用线程的,但不会在耗时请求过程中占用),在线程池中线程数量较少时,异步的性能比多线程好很多。想一想,要是IO操作、数据库操作,存在一些慢查询、超时的,如果你使用多线程,你的线程池就爆了,异步就不会(Talk is cheap, show me the code!),后面附上测试。

WebAPI服务端补充说明

上面的测试,服务端我忘了说了,服务端启动服务前,我加了一行代码ThreadPool.SetMinThreads(200, 200);,因为你测试客户端之前,服务端性能要跟上,不然测了个寂寞。
如果我把这行代码删掉,预热后,再测:
一个例子形象的理解异步和多线程的区别
可以看到差距只有2.5倍了!因为服务端线程数量此时是1秒增加1、2个线程,服务端性能跟不上,客户端的异步请求自然也快不起来。

爆线程池测试

测试前修改:

  1. 把WebAPI接口中模拟执行耗时操作改成2000000毫秒,模拟服务端性能不行,反应慢。
  2. ThreadPool.SetMinThreads(20, 20);客户端线程池最小线程数量设置为20,当然线程池越大越不容易爆,这里为了更快重现出来,所以设置小一点,注意,我可没有设置线程池上限!只是设置了下限。

测试视频:
注意看测试时工作线程数量:
一个例子形象的理解异步和多线程的区别
说明:异步,不论什么时候点,都会有响应,当然可能后面点多了会报错,但即使报错,响应是有的。而多线程,后面点的,响应就很慢了。
一个例子形象的理解异步和多线程的区别

你们可能会说你设置的线程池最小线程数量太小,改成ThreadPool.SetMinThreads(200, 200);,再测:
一个例子形象的理解异步和多线程的区别
注意看工作线程数量!

WebAPI服务启动代码:

protected override void OnStart(string[] args) {     ThreadPool.SetMinThreads(200, 200);      int port = int.Parse(ConfigurationManager.AppSettings["WebApiServicePort"]);     StartOptions options = new StartOptions();     options.Urls.Add("http://127.0.0.1:" + port);     options.Urls.Add("http://localhost:" + port);     options.Urls.Add("http://+:" + port);     WebApp.Start<Startup>(options);     LogUtil.Log("Web API 服务 启动成功"); } 

HttpUtil代码:

using System; using System.Collections.Generic; using System.IO; using System.Linq; using System.Net; using System.Text; using System.Threading; using System.Threading.Tasks;  namespace Utils {     /// <summary>     /// Http上传下载文件     /// </summary>     public class HttpUtil     {         /// <summary>         /// HttpGet         /// </summary>         /// <param name="url">url路径名称</param>         /// <param name="cookie">cookie</param>         public static async Task<string> HttpGetAsync(string url, CookieContainer cookie = null, WebHeaderCollection headers = null)         {             // 设置参数             HttpWebRequest request = WebRequest.Create(url) as HttpWebRequest;             request.CookieContainer = cookie;             request.Method = "GET";             request.ContentType = "text/plain;charset=utf-8";             request.Timeout = Timeout.Infinite;              if (headers != null)             {                 foreach (string key in headers.Keys)                 {                     request.Headers.Add(key, headers[key]);                 }             }              //发送请求并获取相应回应数据             HttpWebResponse response = (HttpWebResponse)(await request.GetResponseAsync());             //直到request.GetResponse()程序才开始向目标网页发送Post请求             Stream instream = response.GetResponseStream();             StreamReader sr = new StreamReader(instream, Encoding.UTF8);             //返回结果网页(html)代码             string content = await sr.ReadToEndAsync();             instream.Close();             return content;         }          /// <summary>         /// HttpGet         /// </summary>         /// <param name="url">url路径名称</param>         /// <param name="cookie">cookie</param>         public static string HttpGet(string url, CookieContainer cookie = null, WebHeaderCollection headers = null)         {             // 设置参数             HttpWebRequest request = WebRequest.Create(url) as HttpWebRequest;             request.CookieContainer = cookie;             request.Method = "GET";             request.ContentType = "text/plain;charset=utf-8";             request.Timeout = Timeout.Infinite;              if (headers != null)             {                 foreach (string key in headers.Keys)                 {                     request.Headers.Add(key, headers[key]);                 }             }              //发送请求并获取相应回应数据             HttpWebResponse response = (HttpWebResponse)request.GetResponse();             //直到request.GetResponse()程序才开始向目标网页发送Post请求             Stream instream = response.GetResponseStream();             StreamReader sr = new StreamReader(instream, Encoding.UTF8);             //返回结果网页(html)代码             string content = sr.ReadToEnd();             instream.Close();             return content;         }     } }