【多线程笔记】async / await

简介

Async/Await在.Net Core中真的是无处不在，到处都是异步操作，那为什么要用？有什么作用？别人说能提升性能？
async/await可以让我们写出和同步代码一样简洁的异步代码
这里从理论，实践，原理一个个解开这些疑问。

语法

• async关键字必须在返回类型之前，async修饰的方法的返回类型只能是void、Task、Task<TResult>。如果返回类型是void，调用者就不能再await
• async方法中不能有out、ref参数
• await只能出现在task前面；await修饰的代码必须在async修饰的方法中

async/await能提升单个请求的性能吗？

答案是不能的。很明显看的到，await等待了结果再执行后面的逻辑，还是串行的，执行完该多少秒还是多少秒， 中间还切换线程去处理了，相比同步来说还多了切换线程的损耗。

那async/await的意义何在？

在于多请求并发处理，且资源有限的时候，能增加吞吐量（单位时间处理的请求），增加cpu的利用率。
简单说就是有10个线程，每个线程的速度没有提升，然后居然QPS能提升？！

先来看一段微软官网的描述：

此模型可很好地处理典型的服务器方案工作负荷。由于没有专用于阻止未完成任务的线程，因此服务器线程池可服务更多的Web请求。
考虑使用两个服务器：一个运行异步代码，一个不运行异步代码。对于本例，每个服务器只有5个线程可用于服务器请求。此字数太小，不切实际，仅供演示。
假设这两个服务器都接收6个并发请求。每个请求执行一个I/O操作。未运行异步代码的服务器必须对第6个请求排队，直到5个线程中的一个完成了I/O密集型工作
并编写了响应。此时收到了第20个请求，由于队列过长，服务器可能会开始变慢。
运行有异步代码的服务器也需要对第6个请求排队，但由于使用了async和await，I/O密集型工作开始时，每个线程都会得到释放，无需等到工作结束。
收到第20个请求时，传入请求队列将变得很小（如果其中还有请求的话），且服务器不会慢。
尽管这是一个人为想象的示例，但现实世界中其工作方式与此类似。事实上，相比服务器将线程专用于接收到的每个请求，使用async和await能够使服务器处理一个数量级的请求。

ConfigureAwait(false)

public async Task<int> ExecuteAsync(UpdateCarCommand request, CancellationToken token = default)
  {
      using (var context = _contextFactory.Create())
      {
          var entity = context.Cars.FirstOrDefault(a => a.Id == request.Id);
          // Mapping logic
          return await context.SaveChangesAsync(token).CongifureAwait(false);
      }
  }

什么是I/O密集型呢？

就是cpu性能比硬盘内存好太多，大部分时间都是cpu在等IO的读写操作。例如读文件，读文件的时候是不需要cpu参与的，只需要发一个命令给硬盘，硬盘读完文件会再通知cpu继续处理，这种叫DMA技术。
DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色，它是指一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过cpu，也不需要cpu干预。
这个时候异步就显出它的优势来了，比如读文件需要1s，如果是同步操作，那个就有一个线程在等1s在往下执行。如果是异步的，读文件的时候，这个线程就释放了，等读完文件，硬盘通知cpu再
派一个线程接着处理，那中间的1秒，原来的线程就可以去处理其他请求了。

I/O密集型中IO的操作有哪些呢？

文件读写、http请求、数据库请求、redis请求。。。等等。

代码对照说明

public class HomeController : Controller
    {
        /// <summary>
        /// 同步请求
        /// </summary>
        /// <param name="path"></param>
        /// <returns></returns>
        public string GetData()
        {
            var result = System.IO.File.ReadAllBytes(@"F:\package\package.rar");
            return "ok";
        }

        /// <summary>
        /// 异步请求
        /// </summary>
        /// <param name="path"></param>
        /// <returns></returns>
        public async Task<string> GetDataAsync2()
        {
            var result = await System.IO.File.ReadAllBytesAsync(@"F:\package\package.rar");
            return "ok";
        }
    }

同步请求的流程为:

可以看出，硬盘在读取文件时，线程是在等待的，这时候线程1在这1s中是不工作的，空等状态。

异步请求的流程为:

异步请求时，线程1遇到await关键字，发出命令就返回，然后释放掉了，硬盘读完数据会通知cpu，这时cpu派一个新的线程去接着处理，
因此，读文件的这1s，线程1可以去处理其它请求了，没有空等，这就是提高了cpu的利用率，单位时间内处理的请求数就变大了。

cpu密集型的异步是不能提高QPS的

下面代码就是cpu密集型的。
cpu密集型：计算密集型，硬盘、内存性能比cpu好很多，或不太需要访问I/O设备。

 　　　　/// <summary>
        /// 异步请求
        /// </summary>
        /// <param name="path"></param>
        /// <returns></returns>
        public async Task<string> GetDataAsync2()
        {
            await Task.Run(() => {
                Thread.Sleep(100);//模拟业务处理耗时
            });
            return "ok";
        }

这里前面主线程遇到await虽然释放了，但await里面又有一个线程接着工作，cpu（线程并没有空闲）