前幾天一位朋友去面試，面試官問了他同步，非同步，多執行緒之間是什麼關係，非同步比同步高效在哪？多執行緒比單執行緒高效在哪？由於回答的不好，讓我幫他捋一下，其實回答這個問題不難，難就難在只對別人說理論，而沒有現殺的例子。

一：非同步

1. 到底解放了誰？

<1> 從基礎的同步說起

要說解放了誰，一定得有幾個參與者，舉個例子：當你的主執行緒讀取一個應用程式之外的資源時，它有可能是一個檔案，又有可能是一個外部服務，當用同步方式讀取外部服務時，首先主執行緒會從使用者模式進入到核心模式，在核心模式中windows會將你的請求資料交給對應的網路驅動程式，繼後會讓這個執行緒進入休眠狀態，當網路驅動程式和外部服務一陣痙攣之後，網路驅動程式會將獲取到的結果交給當初休眠的執行緒，windows喚醒休眠執行緒繼而執行後續的C#程式碼，畫個簡圖理解一下，不一定全對。

這裡就存在著一個非常大的問題，步驟4-步驟7之間，你的主執行緒一直都是休眠狀態，比如在GUI程式設計中，有一個重要的原則就是解放你的UI執行緒（主執行緒），所以解決這個問題就迫在眉睫。

<2> 非同步方式下的處理方案

說到這裡，大家應該知道了非同步方式就是為了解放主執行緒，又可以叫呼叫執行緒，沒錯，接下來看一下同樣的場景在非同步中如何處理的。

從圖中可以看到，步驟三中將thread資料交給網路驅動程式之後，該thread就直接返回不管了，當後續網路驅動程式獲取資料後，將資料丟給CLR執行緒池中的IO執行緒再由它觸發你的回撥函式。

<3> 總結

非同步相比同步效率高就高在解放了呼叫執行緒，在驅動程式和遠端服務RoundTrip期間，呼叫執行緒還可以執行其他工作，放在GUI上就是主執行緒可以繼續響應使用者的超敏操作。

由於沒有空轉的執行緒，CPU可以得到最滿載的運轉，更少的執行緒就有更少的執行緒棧空間，更少的GC回收時間和上下文切換。

2. 程式碼演示

還是那句話，光說可不行，你得上一點程式碼看看，有了上面的理論基礎，這裡我就模擬爬取下部落格園首頁的所有文章的使用者頭像。

<1> 同步程式碼

        public static void Main(string[] args)
        {
            SingleThreadDownloadImages();
            Console.WriteLine("主執行緒繼續執行其他的咯~~~");
            Console.Read();
        }

        public static void SingleThreadDownloadImages()
        {
            using (var client = new HttpClient())
            {
                //呼叫執行緒 空轉等待。。。
                var content = client.GetStringAsync("http://cnblogs.com").Result;
                var html = new HtmlDocument();
                html.LoadHtml(content);

                var imgsrcList = html.DocumentNode.QuerySelectorAll("img.pfs").Select(m => m.Attributes["src"].Value)
                                                  .ToList();

                Console.WriteLine($"準備下載:{imgsrcList.Count}個...");

                for (int i = 0; i < imgsrcList.Count; i++)
                {
                    //呼叫執行緒 空轉等待。。。
                    var stream = client.GetStreamAsync(imgsrcList[i]).Result;

                    Image.FromStream(stream).Save($@"C:\2\{i}.jpg");
                }
            }
            Console.WriteLine("SingleThreadDownloadImages 執行結束");
        }

------ output ------

準備下載:19個...
SingleThreadDownloadImages 執行結束
主執行緒繼續執行其他的咯~~~

 

<2> 非同步程式碼

        public static void Main(string[] args)
        {
            AsyncDownloadImages();
            Console.WriteLine("主執行緒繼續執行其他的咯~~~");
            Console.Read();
        }

        public static async void AsyncDownloadImages()
        {
            using (var client = new HttpClient())
            {
                var content = await client.GetStringAsync("http://cnblogs.com");
                var html = new HtmlDocument();
                html.LoadHtml(content);

                var imgsrcList = html.DocumentNode.QuerySelectorAll("img.pfs").Select(m => m.Attributes["src"].Value)
                                                  .ToList();

                Console.WriteLine($"準備下載:{imgsrcList.Count}個...");

                for (int i = 0; i < imgsrcList.Count; i++)
                {
                    var stream = await client.GetStreamAsync(imgsrcList[i]);
                    Image.FromStream(stream).Save($@"C:\2\{i}.jpg");
                }

                Console.WriteLine("AsyncDownloadImages 執行結束");
            }
        }

------ output ------

主執行緒繼續執行其他的咯~~~
準備下載:19個...
AsyncDownloadImages 執行結束

從結果可以看出，非同步在獲取圖片期間，主執行緒還可以做其他事情，這就是非同步最大的特點。

3. windbg 提取是否真為執行緒池io執行緒

其實在圖2中我口口聲聲的說是執行緒池中的IO執行緒回調了你的函式，大家先要明白一個概念，執行緒池中有兩種類別的執行緒，一個是工作執行緒，一個是IO執行緒，而工作執行緒常常就是我們通過程式碼進行操控，IO執行緒通常由底層CLR接管，常常用於處理外部資源的操作，如下ThreadPool的GetMaxThreads方法。

    public static void GetMaxThreads(out int workerThreads, out int completionPortThreads);

有了這個基礎，再將 AsyncDownloadImages方法修改如下，抓取一下dump檔案

                var content = await client.GetStringAsync("http://cnblogs.com");
                Console.WriteLine($"已獲取到:{content.Length}個字元");
                Console.ReadLine();

~*e !clrstack 檢視所有託管執行緒的呼叫堆疊

0:000>  ~*e    !clrstack
OS Thread Id: 0x62d8 (13)
        Child SP               IP Call Site
000000da9b1fd1e8 00007ff9fc7bb4f4 [GCFrame: 000000da9b1fd1e8] 
000000da9b1fd308 00007ff9fc7bb4f4 [GCFrame: 000000da9b1fd308] 
000000da9b1fd368 00007ff9fc7bb4f4 [HelperMethodFrame_1OBJ: 000000da9b1fd368] System.Threading.Monitor.Enter(System.Object)
000000da9b1fd460 00007ff9e42f8aff System.IO.TextReader+SyncTextReader.ReadLine()
000000da9b1fd4c0 00007ff9e40f0d98 System.Console.ReadLine()
000000da9b1fd4f0 00007ff985c81559 ConsoleApp2.Program+d__3.MoveNext() [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp2\Program.cs @ 93]
000000da9b1fd690 00007ff9e388cef2 System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000da9b1fd760 00007ff9e388cd75 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000da9b1fd790 00007ff9e38fbe2f System.Runtime.CompilerServices.AsyncMethodBuilderCore+MoveNextRunner.Run()
000000da9b1fd7e0 00007ff9e3901343 System.Threading.Tasks.AwaitTaskContinuation.RunOrScheduleAction(System.Action, Boolean, System.Threading.Tasks.Task ByRef)
000000da9b1fd830 00007ff9e3865f40 System.Threading.Tasks.Task.FinishContinuations()
000000da9b1fd8c0 00007ff9e3865a88 System.Threading.Tasks.Task`1[[System.__Canon, mscorlib]].TrySetResult(System.__Canon)
000000da9b1fd900 00007ff9e3865a05 System.Threading.Tasks.TaskCompletionSource`1[[System.__Canon, mscorlib]].TrySetResult(System.__Canon)
000000da9b1fd940 00007ff9c88311a3 System.Net.Http.HttpClient+c__DisplayClass31_0`1[[System.__Canon, mscorlib]].b__1(System.Threading.Tasks.Task`1)
000000da9b1fd990 00007ff9e38f9d47 System.Threading.Tasks.Task.Execute()
000000da9b1fd9d0 00007ff9e388cef2 System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000da9b1fdaa0 00007ff9e388cd75 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000da9b1fdad0 00007ff9e38fa001 System.Threading.Tasks.Task.ExecuteWithThreadLocal(System.Threading.Tasks.Task ByRef)
000000da9b1fdb80 00007ff9e38f96e1 System.Threading.Tasks.Task.ExecuteEntry(Boolean)

!threads 檢視編號13的執行緒型別

0:013> !threads
ThreadCount:      8
UnstartedThread:  0
BackgroundThread: 5
PendingThread:    0
DeadThread:       2
Hosted Runtime:   no
                                                                                                        Lock  
       ID OSID ThreadOBJ           State GC Mode     GC Alloc Context                  Domain           Count Apt Exception
   0    1 5754 000001e2be060f80    2a020 Preemptive  000001E2BFD19868:000001E2BFD19FD0 000001e2be053bb0 1     MTA 
   6    2 65e0 000001e2be08bd00    2b220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 000001e2be053bb0 0     MTA (Finalizer) 
   9    3  25c 000001e2d8435ef0  102a220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 000001e2be053bb0 0     MTA (Threadpool Worker) 
XXXX    4    0 000001e2d845ea30  1039820 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 000001e2be053bb0 0     Ukn (Threadpool Worker) 
  12    6 23fc 000001e2d8469ea0  202b220 Preemptive  000001E2BFD1E188:000001E2BFD1FFD0 000001e2be053bb0 1     MTA 
  13    7 62d8 000001e2d8475e20  a029220 Preemptive  000001E2BFD9D588:000001E2BFD9F250 000001e2be053bb0 0     MTA (Threadpool Completion Port) 
XXXX    8    0 000001e2d847a0b0  8039820 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 000001e2be053bb0 0     Ukn (Threadpool Completion Port) 
  14    9  6e4 000001e2d847de70  8029220 Preemptive  000001E2BFD80D88:000001E2BFD81F10 000001e2be053bb0 0     MTA (Threadpool Completion Port) 

其中的 13 7 62d8 000001e2d8475e20 a029220 Preemptive 000001E2BFD9D588:000001E2BFD9F250 000001e2be053bb0 0 MTA (Threadpool Completion Port) 可以明顯的看到是 Threadpool Completion Port，沒有騙你吧，