1、简介
再说Windows的异步I/O操作前,先聊聊一些题外话,能帮助我们更好的理解异步I/O操作,常规的Web程序,当用户发起一次请求,当请求通过管道到达客户端的这个过程,会唤起一个线程池线程(后台线程),处理我们的业务代码,即所有的用户请求是通过异步的方式发起的,这个过程,.Net Framework会自动进行,即使我们没有显示的通过代码来实现这个过程.所以这个过程明显是存在性能瓶颈的,假设现在有一个4核服务器,意味这该服务器同时只能处理4个用户请求(超理想情况下,一般不可能),但是这个时候来了10000个用户请求(并发执行)的情况下,那么意味者大量线程会堆积起来,等待着前面的线程执行完毕,同时进行频繁的上下文切换,这个时候你会发现CPU会爆表.
上面只是一个例子,再说一个数据库的例子,现在需要向数据库插入20000条记录,分为三个版本去实现,第一个版本是单个线程同步插入,第二个版本多线程同步插入(Parallel),第三个版本多线程异步插入,来比较下性能和CPU利用零及使用情况.
(1)、单线程同步版本
这个场景是只有一个用户请求进来,进行20000次的数据库插入操作,这个版本不会产生线程堆积,因为所有的插入操作都只由主线程完成.
private static readonly string ConnectionStrings; static Program() { //配置数据库连接 ConnectionStrings = ConfigurationManager.ConnectionStrings["connStr"].ConnectionString; } static void Main(string[] args) { var stop = Stopwatch.StartNew(); InstertSync(); stop.Stop(); Console.WriteLine($"同步执行20000次插入操作,耗时:{stop.ElapsedMilliseconds/1000}秒"); Console.ReadKey(); } private static void InstertSync() { var totalCount = 0; var failCount = 0; //这里以同步方式执行数据库操作,注这里只有一个线程执行所有的数据库插入操作 for (int i = 0; i <= 20000; i++) { var conn = new SqlConnection(ConnectionStrings); conn.Open(); try { //模拟数据库耗时操作 var sql = "insert into [dbo].[User]([Amount]) values (@Amount)"; var command = new SqlCommand(sql, conn); command.Parameters.Add( new SqlParameter("@Amount", i) ); //这里线程会等待这一段时间,等待数据库返回结果,并继续执行下面的代码 var result = command.ExecuteNonQuery(); if (result == 1) { totalCount+=1; } else { failCount+=1; } Console.WriteLine($"成功插入{totalCount}条记录,插入失败{failCount}条记录"); } catch (Exception ex) { throw ex; } finally { conn.Close(); conn.Dispose(); } } } 
再看看数据库的批请求数数据
大概稳定在300次左右每秒
(2)、多线程同步
这个场景是大多数没有使用Async Await模型的Web应用程序(Parallel代表同时有多个用户请求进来),同时数据库也使用的是同步Api,这个时候以同步的方式发起数据库请求,每个线程会等待不确定的时间,等待数据库返回结果,同时另一个线程开启,也会等待数据库返回结果,这样用户请求一多,就会产生大量的线程堆积,造成大量的内存浪费,而且当数据库开始响应线程时,线程会被唤醒,全部开始执行,这时候CPU又会开始繁忙的执行.
private static readonly string ConnectionStrings; static Program() { //配置数据库连接 ConnectionStrings = ConfigurationManager.ConnectionStrings["connStr"].ConnectionString; } static void Main(string[] args) { InsertAsync(); Console.ReadKey(); } private static void InsertAsync() { var stop = Stopwatch.StartNew(); var totalCount = 0; var failCount = 0; var res = Parallel.For(0, 20000, i => { var conn = new SqlConnection(ConnectionStrings); conn.Open(); try { //模拟数据库耗时操作 var sql = "insert into [dbo].[User]([Amount]) values (@Amount)"; var command = new SqlCommand(sql, conn); command.Parameters.Add( new SqlParameter("@Amount", i) ); var result = command.ExecuteNonQuery(); if (result == 1) { Interlocked.Add(ref totalCount, 1); } else { Interlocked.Add(ref failCount, 1); } Console.WriteLine($"成功插入{totalCount}条记录,插入失败{failCount}条记录"); } catch (Exception ex) { throw ex; } finally { conn.Close(); conn.Dispose(); } }); if (res.IsCompleted) { stop.Stop(); Console.WriteLine($"同步执行20000次插入操作,耗时:{stop.ElapsedMilliseconds / 1000}秒"); } } 
去除Interlocked稍稍快一些.明显可以发现在多线程环境下,使用同步的数据库操作api,效率显著下降.CPU的利用率也很低,同时跑了很多操作线程,但数据库使用同步Api,只能响应一个线程,其余的都需要排队.
再看看数据库批请求数
只能稳定在130次左右,说明多线程环境下,使用同步数据库操作,阻碍了请求的提交速度.个人理解.
(3)、多线程异步
这个场景用户使用基于Async Await模型的Web程序,且使用数据库的异步Api
private static readonly string ConnectionStrings; static Program() { //配置数据库连接 ConnectionStrings = ConfigurationManager.ConnectionStrings["connStr"].ConnectionString; } static void Main(string[] args) { InsertAsync(); Console.ReadKey(); } private static void InsertAsync() { var stop = Stopwatch.StartNew(); var totalCount = 0; var failCount = 0; var res = Parallel.For(0, 20000,async i => { var conn = new SqlConnection(ConnectionStrings); conn.Open(); try { //模拟数据库耗时操作 var sql = "insert into [dbo].[User]([Amount]) values (@Amount)"; var command = new SqlCommand(sql, conn); command.Parameters.Add( new SqlParameter("@Amount", i) ); var result =await command.ExecuteNonQueryAsync(); if (result == 1) { Interlocked.Add(ref totalCount, 1); } else { Interlocked.Add(ref failCount, 1); } Console.WriteLine($"成功插入"); } catch (Exception ex) { throw ex; } finally { conn.Close(); conn.Dispose(); } }); if (res.IsCompleted) { stop.Stop(); Console.WriteLine($"同步执行20000次插入操作,耗时:{stop.ElapsedMilliseconds / 1000}秒"); } } 
可以发现这个模式插入效率非常之高.但是它的插入是无序的,因为Parallel执行线程的顺序是无序的.CPU的利用率也是极高的.
再看看数据库批请求数
直线飙升>1000次的请求提交,说明使用异步Api数据库每秒接收的请求数,远大于同步方式,也是使用异步Api如此之快的原因.