异步VS多线程

前段时间面试的时候被问到了异步和多线程的区别，回答的模棱两可，今天花时间系统的了解了下，如有错误，欢迎斧正~

异步与多线程是在并发编程中两个比较关键的概念， 很容易弄混淆：

异步编程（Asynchronous）

概念：异步编程是并发编程的一种形式，即在程序运行逻辑中，一部分语句可以独立于主程序而执行。

理解：异步相对于同步而言，同步的模式很容易理解，假设一块程序只有十步逻辑，那么这段逻辑中每步代码都要等待前一步代码执行完成才会执行，换句话说就是主程序流是从上往下依次顺序执行的，如果遇到一个步骤，常见的是我们对后端一个请求或一次数据访问，这个操作往往耗时很久（这个操作我们称之为一个阻断操作），整个页面就会停在那里没有响应。为了提高页面的体验度，异步请求应运而生。

使用目的：为了提高用户体验，优化页面加载。

关键字：在C#中，异步编程通过关键字async和await来达成。

多线程编程（Multithreading）

概念：多线程就是CPU利用多个线程来并发地运行多段逻辑。

理解：在计算机科学中，一个线程指的是在程序中一段连续的逻辑控制流。在业务很复杂的时候，一个线程无法满足现有业务需求，多线程编程就应运而生。

使用目的：为了最大限度地利用多核CPU这个硬件条件来达到多个线程同时执行逻辑。

关键字：在C#中，System.Threading命名空间下有很多类用来进行多线程编程。

异步VS多线程

一个常见的概念混淆就是吧异步和多线程当成一回事，其实不一样。异步侧重于任务的执行顺序，而多线程则是关于多个线程如何并发执行。应该说多线程是实现异步的常用手段，但不能说他们是一回事。即便是只有一个线程的情况下。我们仍然可以实现异步。

举例说明两者的区别：

首先来看异步编程的代码：

        public static async Task FirstAsync()
        {
            Console.WriteLine($"第一个异步方法开始，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            await Task.Delay(2000);
            Console.WriteLine($"第一个异步方法结束，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }
        public static async Task SecondAsync()
        {
            Console.WriteLine($"第二个异步方法开始，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            await Task.Delay(2000);
            Console.WriteLine($"第二个异步方法结束，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }
        public static async Task ThirdAsync()
        {
            Console.WriteLine($"第三个异步方法开始，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            await Task.Delay(2000);
            Console.WriteLine($"第三个异步方法结束，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }

我们这里定义了三个异步方法，在每个异步方法中，我们在任务开始执行的时候在控制台打印出线程ID，然后通过延时两秒钟来模拟业务逻辑，最后我们依然打印出线程ID。

然后，添加一个异步方法来调用上面的异步方法：

        public static async Task ExecuteAysnc()
        {
            var firstAsync = FirstAsync();
            var secondAsync = SecondAsync();
            var thirdAsync = ThirdAsync();
            await Task.WhenAll(firstAsync, secondAsync, thirdAsync);
        }

最后在Main方法中调用执行方法：

        public static async Task ExecuteAysnc()
        {
            var firstAsync = FirstAsync();
            var secondAsync = SecondAsync();
            var thirdAsync = ThirdAsync();
            await Task.WhenAll(firstAsync, secondAsync, thirdAsync);
        }

运行结果如下：

 从运行结果可以看出：所有三个异步方法都是在线程ID为1的线程上运行的，但是经过2秒钟的睡眠，当再次执行异步任务的时候，每个任务又被别的线程执行起来，这里显示为4、7、5.

为什么会发生这样的事情呢？原因就在于当线程发现关键字await的时候，该线程就会从当前逻辑释放而返回给线程池。一旦睡眠结束，一个新的线程（4、7、5）就重新被分配来执行三个任务。

同样地，我们再看看多线程的代码示例，与上面的例子不同，我们去除了关键字async

        public static  void FirstMethod()
        {
            Console.WriteLine($"第一个方法开始，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine($"第一个方法结束，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }
        public static void SecondMethod()
        {
            Console.WriteLine($"第二个方法开始，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine($"第二个方法结束，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }
        public static void ThirdMethod()
        {
            Console.WriteLine($"第三个方法开始，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine($"第三个方法结束，运行的线程ID为：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }

逻辑和异步方法的一样，都是在开始的时候打印线程ID，2秒的业务逻辑操作之后再打印当前线程ID，同样，我们创建一个方法，再这个方法里，开启三个线程来启动这三个任务：

        public static void ExecuteMultithreading()
        {
            Thread firstThread = new Thread(() => FirstMethod());
            Thread secondThread = new Thread(() => SecondMethod());
            Thread thirdThread = new Thread(() => ThirdMethod());

            firstThread.Start();
            secondThread.Start();
            thirdThread.Start();
        }

main函数调用执行方法：

        static void Main(string[] args)
        {
            Multithreading.ExecuteMultithreading();
            Console.ReadLine();
        }

运行结果如下：

 从打印结果可以看出，同一个方法，开始和结束的线程ID保持一致。再多线程的例子里，我们显示地分配了线程，该线程直到做完对应的任务才会结束，即时逻辑当中有一段时间的业务逻辑。

使用场景：

现在我们明白了异步和多线程的差别，下面我们可以得出：

异步编程适用场景：

1. 我们的程序逻辑中存在阻断操作。
2. 我们的应用有一个线程池并且有垂直扩展的需求。

多线程编程适用场景：

1. 我们的程序逻辑存在相互独立的任务，任务与任务之间不相互干扰。
2. 我们存在多个可用的CPU内核数。

总结：

异步编程和多线程编程的区别在于侧重点不同，异步编程侧重于任务的执行顺序，而多线程编程则是关于多个线程如何并发执行最大限度利用CPU，两者对于提高程序可用性和性能方面起到了关键性的作用。