C# 并发编程 (异步编程与多线程)

并发：同时做多件事情

多线程：并发的一种形式，它采用多个线程来执行程序。

并行处理：把正在执行的大量的任务分割成小块，分配给多个同时运行的线程。并行处理是多线程的一种，而多线程是并发的一种。

异步编程：并发的一种形式，它采用 future 模式或回调（callback）机制，以避免产生不必要的 线程，异步编程的核心理念是异步操作：启动了的操作将会在一段时间后完成。这个操作 正在执行时，不会阻塞原来的线程。启动了这个操作的线程，可以继续执行其他任务。当 操作完成时，会通知它的 future，或者调用回调函数，以便让程序知道操作已经结束，

async 和 await：这让异步编程变得几乎和同步（非并发）编程一样容易。await的作用：启动一个将会被执行的Task(该Task将会在新线程中执行)，并立即返回，所以await所在的函数不会被阻塞，当Task完成后，继续执行await后面的代码。

 通常情况下，一个并发程序要使用多种技术。大多数程序至少使用了多线程（通过线程 池）和异步编程

异步编程有两大好处。第一个好处是对于面向终端用户的 GUI 程序：异步编程提高了响应 能力。我们都遇到过在运行时会临时锁定界面的程序，异步编程可以使程序在执行任务时 仍能响应用户的输入。第二个好处是对于服务器端应用：异步编程实现了可扩展性。服务 器应用可以利用线程池满足其可扩展性，使用异步编程后，可扩展性通常可以提高一个数 量级。
现代的异步 .NET 程序使用两个关键字：async 和 await。async 关键字加在方法声明上， 它的主要目的是使方法内的 await 关键字生效（为了保持向后兼容，同时引入了这两个关 键字）。如果 async 方法有返回值，应返回 Task<T>；如果没有返回值，应返回 Task。这些 task 类型相当于 future，用来在异步方法结束时通知主程序。

1.Async/Await

async 方法在开始时以同步方式执行。在 async 方法内部，await 关键字 对它的参数执行一个异步等待。它首先检查操作是否已经完成，如果完成了，就继续运行 （同步方式）。否则，它会暂停 async 方法，并返回，留下一个未完成的 task。一段时间后， 操作完成，async 方法就恢复运行。 不会阻塞UI线程 ，await方法完成自动的通知他 然后执行剩余的代码，异步是为了程序本身不卡 调用处还是异步的 调用处下面的代码还是会先执行 await实际上只是把主线程释放了，使用了其他线程代替他继续 异步不是为了让请求更快，而是为了可以处理更多请求

异步有一个核心，是Task。而Task有一个方法，就是Wait，写法是Task.Wait()。所以，很多人把这个Wait和await混为一谈，这是错的。

这个问题来自于Task。C#里，Task不是专为异步准备的，它表达的是一个线程，是工作在线程池里的一个线程。异步是线程的一种应用，多线程也是线程的一种应用。Wait，以及Status、IsCanceled、IsCompleted、IsFaulted等等，是给多线程准备的方法，跟异步没有半毛钱关系。当然你非要在异步中使用多线程的Wait或其它，从代码编译层面不会出错，但程序会。

尤其，Task.Wait()是一个同步方法，用于多线程中阻塞等待。

用Task.Wait()来实现同步方法中调用异步方法，这个用法本身就是错误的。 异步不是多线程，而且在多线程中，多个Task.Wait()使用也会死锁，也有解决和避免死锁的一整套方式。

Task.Wait()是一个同步方法，用于多线程中阻塞等待，不是实现同步方法中调用异步方法的实现方式。

在异步中，await表达的意思是：当前线程/方法中，await引导的方法出结果前，跳出当前线程/方法，从调用当前线程/方法的位置，去执行其它可能执行的线程/方法，并在引导的方法出结果后，把运行点拉回到当前位置继续执行；直到遇到下一个await，或线程/方法完成返回，跳回去刚才外部最后执行的位置继续执行。

2.异步锁

从 .NET Framework 4.5 开始，任何使用 async/await 进行修饰的方法，都会被认为是一个异步方法；实际上，这些异步方法都是基于队列的线程任务，从你开始使用 Task 去运行一段代码的时候，实际上就相当于开启了一个线程，默认情况下，这个线程数由线程池 ThreadPool 进行管理的。

线程安全的访问方式可以通过lock来进行唯一线程限定，但如果使用await等待Task完成，则Task中不允许使用lock。

因此采用另外一种方式完成

 

 调用

 3.ConcurrentQueue 队列

锁的引入，带来了一定的开销和性能的损耗，并降低了程序的扩展性，而且还会有死锁的发生(虽说概率不大，但也不能不防啊)，因此：使用LOCK进行并发编程显然不太适用。

还好，微软一直在更新自己的东西：

   .NET Framework 4提供了新的线程安全和扩展的并发集合，它们能够解决潜在的死锁问题和竞争条件问题，因此在很多复杂的情形下它们能够使得并行代码更容易编写，这些集合尽可能减少使用锁的次数，从而使得在大部分情形下能够优化为最佳性能，不会产生不必要的同步开销。

ConcurrentQueue 队列

   ConcurrentQueue 是完全无锁的，能够支持并发的添加元素，先进先出。下面贴代码，详解见注释：

class Program
    {
        private static object o = new object();
        /*定义 Queue*/
        private static Queue<Product> _Products { get; set; }
        private static ConcurrentQueue<Product> _ConcurrenProducts { get; set; }
        /*  coder:天才卧龙  
         *  代码中 创建三个并发线程 来操作_Products 和 _ConcurrenProducts 集合，每次添加 10000 条数据 查看 一般队列Queue 和 多线程安全下的队列ConcurrentQueue 执行情况
         */
        static void Main(string[] args)
        {
            Thread.Sleep(1000);
            _Products = new Queue<Product>();
            Stopwatch swTask = new Stopwatch();//用于统计时间消耗的
            swTask.Start();

            /*创建任务 t1  t1 执行 数据集合添加操作*/
            Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddProducts();
            });
            /*创建任务 t2  t2 执行 数据集合添加操作*/
            Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddProducts();
            });
            /*创建任务 t3  t3 执行 数据集合添加操作*/
            Task t3 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddProducts();
            });

            Task.WaitAll(t1, t2, t3);
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("List<Product> 当前数据量为：" + _Products.Count);
            Console.WriteLine("List<Product> 执行时间为：" + swTask.ElapsedMilliseconds);

            Thread.Sleep(1000);
            _ConcurrenProducts = new ConcurrentQueue<Product>();
            Stopwatch swTask1 = new Stopwatch();
            swTask1.Start();

            /*创建任务 tk1  tk1 执行 数据集合添加操作*/
            Task tk1 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddConcurrenProducts();
            });
            /*创建任务 tk2  tk2 执行 数据集合添加操作*/
            Task tk2 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddConcurrenProducts();
            });
            /*创建任务 tk3  tk3 执行 数据集合添加操作*/
            Task tk3 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddConcurrenProducts();
            });

            Task.WaitAll(tk1, tk2, tk3);
            swTask1.Stop();
            Console.WriteLine("ConcurrentQueue<Product> 当前数据量为：" + _ConcurrenProducts.Count);
            Console.WriteLine("ConcurrentQueue<Product> 执行时间为：" + swTask1.ElapsedMilliseconds);
            Console.ReadLine();
        }

        /*执行集合数据添加操作*/

        /*执行集合数据添加操作*/
        static void AddProducts()
        {
            Parallel.For(0, 30000, (i) =>
            {
                Product product = new Product();
                product.Name = "name" + i;
                product.Category = "Category" + i;
                product.SellPrice = i;
                lock (o)
                {
                    _Products.Enqueue(product);
                }
            });

        }
        /*执行集合数据添加操作*/
        static void AddConcurrenProducts()
        {
            Parallel.For(0, 30000, (i) =>
            {
                Product product = new Product();
                product.Name = "name" + i;
                product.Category = "Category" + i;
                product.SellPrice = i;
                _ConcurrenProducts.Enqueue(product);
            });

        }
    }

    class Product
    {
        public string Name { get; set; }
        public string Category { get; set; }
        public int SellPrice { get; set; }
    }

从执行时间上来看，使用 ConcurrentQueue 相比 LOCK 明显快了很多！

   1.BlockingCollection 与经典的阻塞队列数据结构类似，能够适用于多个任务添加和删除数据，提供阻塞和限界能力。

   2.ConcurrentBag 提供对象的线程安全的无序集合

   3.ConcurrentDictionary  提供可有多个线程同时访问的键值对的线程安全集合

   4.ConcurrentQueue   提供线程安全的先进先出集合

   5.ConcurrentStack   提供线程安全的后进先出集合