第25章　异步编程和多线程编程

在平时的工作中，读者会经常遇到某些操作，诸如打印、下载等操作。这类操作都有一个共同点就是比较费时，都需要花费一定的时间才能完成。在程序中调用这类比较费时的代码时，调用方如果停在那里等待费时的代码执行完毕，无疑会严重影响程序的可操作性。例如，如果当打印或者下载进行时，如果我们只能等待不能做任何其他的事，甚至都不能取消打印或下载操作，那该是多么让人郁闷的事！再举个例子，现在很多应用程序将设置保存在配置文件中，那么当程序启动时，由于需要加载配置，然后利用这些配置数据进行一系列的初始化操作，但因为I/O读取操作稍慢，这将导致程序的主窗体不能立刻显示，给用户一种启动过程十分漫长的感觉，这显然不是一个好的用户体验。如今，实现某个功能已经不是最重要的事，大家都可以实现，但程序的可用性往往被用户给予了更多的关注，有时候甚至会对用户的采购决策起决定性的作用。这类问题，可以借助异步调用或者多线程编程模型轻松解决，如下是可能的解决方案，供大家参考：

❑把整个初始化处理放进一个单独线程，主线程启动此线程后继续执行其他操作，例如窗体绘制操作，当初始化配置数据的进行还在执行的同时，主窗体也快速地展现在用户眼前。虽然当前主窗体可能还不能完全可用，但给用户一种程序飞快运行的感觉，这种感觉无疑棒极了！

❑配置信息初始化线程此刻也在同步执行，将配置文件中的数据读取到内存，并根据配置对当前程序进行初始化。

截至目前，本书所给出的示例都是同步调用。什么是同步调用呢？就是程序按照在代码中既定的顺序，从开始一直顺序执行到结束。这也是有时候会造成之前所述的问题的根源所在，那么本章将致力于解决这一“影响用户心情”的问题。

25.1　进程和线程

什么是进程呢？在我们启动一个应用程序后，系统将会给它分配一定的内存以及其他的一些资源，这些划定的内存以及资源的物理分隔叫做进程。进程（process）是一块包含了某些资源的内存区域，操作系统利用进程把它的工作划分为一些功能单元。在Windows系统中，可以通过“Windows任务管理器”来查看当前运行的进程，可以通过在“开始”工具栏的空白处单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“启动任务管理器”，或者使用快捷键"Ctrl+Shift+Esc"。在“任务管理器”窗口，会发现有5个选项卡：应用程序、进程、性能、联网以及用户。其中，在“进程”选项卡中显示了当前正在运行的进程名称，以及该进程使用CPU的情况、使用内存的情况以及进程所包含的线程数，如果这些信息不够，还可以通过单击“查看”菜单，然后单击“选择列”来查看更多的进程信息，如图25-1所示。

图　25-1　Windows任务管理器

从图25-1还可以看到，每个进程都包含一定数量的线程，例如ctfmon.exe有一个线程，devenv.exe（就是我们使用的Visual Studio 2010开发环境）却有27个线程。线程究竟是什么呢？线程是系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说是进程之内的独立执行的一个单元。对于操作系统而言，其调度单元是线程。一个进程至少包括一个线程，通常将该线程称为主线程。从另一个角度来说，线程是由进程创建的，由处理器使用的一个执行序列。

再注意观察图25-1，“应用程序”和“进程”分属两个不同的选项卡，这说明它们是不同的，一个应用程序可能包含一个或多个进程，每个进程都拥有自己独立的数据、执行代码以及系统资源。如图25-2所示，打开Internet Explore8浏览器，会发现应用程序默认创建了2个进程，如果打开更多的选项卡，将会创建更多的进程。

图　25-2　Internet Explore 8浏览器的多个进程

理解进程和线程是进行异步编程的基础。目前为止，我们使用的都是同步编程的示例，所谓同步编程就是指，从第一条语句直到最后一条一句都是顺序执行。之前也讨论过，这在某些情况下会给用户造成困扰。例如，当在一个应用程序中向打印机发出了打印的指令，如果是同步模式，那么我们就不得不等待慢速的打印机执行完打印任务，此时应用程序是停止响应的，我们无法进行其他操作，也无法取消打印任务——这显然是不可接受的。

改进这一缺憾的方式，就是将同步编程改为异步编程。所谓异步编程，就是合理地利用多线程处理，从理论上讲，这些线程是“同时”执行的。这里的“同时”加了双引号，是因为当应用在一个单核处理器执行的时候，并不是真正地“同时执行”，而是操作系统会定期中断当前正在执行的线程，然后将CPU分配给等待队列中的另一个线程（这意味着任何一个线程都不能独占CPU），而具体每个线程所占用的CPU时间的长短取决于进程和操作系统。因为进程分配给每个线程的时间很短，以至于让我们产生“所有的线程是同时执行”的错觉。

实际上，如果你的应用是单线程的，那么即使运行在一个四核处理器上，它也是仅仅使用其中的一个内核，其余三个内核并不会用到。关于如何能够全面利用多核处理器并行处理优势，我们会在第29章介绍。

仍然以打印的例子为例，此时还在应用程序中发起一个打印的任务，但应用程序在向打印机发出打印指令后就立即将控制权返回给用户，具体的打印任务执行交给了另一个新的线程去做，此时我们可以在主线程中继续操作。如果你愿意，甚至可以随时中断打印线程的执行。此时，我们得到的是更高的工作效率和更好的用户体验。