C#中的CSP（Communicating sequential processes）

说起Golang（后面统称为Go），就想到他的高并发特性，在深入一些就是 Goroutine。在大家被它优雅的语法和简洁的代码实现的高并发程序所折服时，其实C#/.NET也可以很容易的做到。今天我们来参照Go，来用C#实现它所采用的的CSP并发模型。

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CSP（Communicating sequential processes）
这东西我一开始以为很简单，后面差了资料发现它独树一帜，自己是一门语言，也是一套理论。这边我不深入的对它做过多的见解，我怕耽误大家=_=，大家可以看看wiki。

wiki：https://en.wikipedia.org/wiki/Communicating_sequential_processes

我们从Go的角度对它进行一些分析，摘抄一段概要：

“用于描述两个独立的并发实体通过共享的通讯 channel(管道)进行通信的并发模型。 CSP中channel是第一类对象，它不关注发送消息的实体，而关注与发送消息时使用的channel。”

好了，单独写出 CSP 是为了让大家了解这是一套独立于语言的东西，大家有兴趣可以查看wiki和搜索一些其它资料。

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在Go中的CSP
Channel（通道）
Goroutine（不知道怎么翻译，大家可以理解成一个“工作者”，不是工作者线程。本质是实现了协程。）

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协程（提升并发的利器）
大家都很明白线程能做什么，但协程是个什么东西？比起线程又如何呢？

线程
我们重新思考一些东西。

CPU：核心、超线程

OS：线程

编程语言：线程池

这边不做细讲，只是大概点到一下。

我们所做的任何计算都要经由CPU计算，而CPU的核数直接决定了我们能给CPU执行几件事情。

我们现在所常用的OS内部都有一个轮询，用时间片的形式来分配任何轮流使用CPU执行计算，线程就是这些任务的载体。

这块的概念非常庞大（还有牵扯到，什么是并发，什么事并行），本文的重点不是这些，大家有兴趣后面可以单独开一篇文章来解释这块的内容。

回归本文，现在我们知道线程是操作系统级别用来共享CPU的一种技术实现，多线程编程早在各大语言遍地开花，被用的惟妙惟肖，百花齐放。

那么为什么需要协程呢？

线程的开销
这块又是一个大知识点，这边也不多做介绍。

大家只要明白，线程并不是廉价的，一个线程的创立有至少两点的开销

内存
调度器压力（线程上下文切换等）
线程是可以持有逻辑数据的（比如，HttpContext.Current，等对象）所以必定是占用内存的（至于占用了多少内存不同的语言和OS不一样）

如果一个CPU是4核的，同时就只能处理4件任务，一个OS的线程越多他们轮训一整圈所耗的时间就更长。而每次调度线程时都需要复制当前线程上下文的状态，再去读取准备调度线程上下文的状态。

这边可以看到最后一点，有时候多线程反而会比单线程更加的慢，所以多线程提升性能本质上其实是假的。多线程并不会提升程序性能。

我知道这边肯定有人会心存疑问，绝大数的人都说用多线程来提升性能，为什么这边说多线程会比单线程慢？

我们这边想一下：PHP 和 NodeJS，PHP默认不支持多线程，NodeJS采用单线程事件轮询，他们的效率比拥有多线程的语言低吗？并不会。

多线程之所以快是因为作弊，别人一个人干的事情你叫两个人去干当然会比单线程快。这也有非常大的限制，多线程所执行的东西尽可能避免共享，不然你的效率还是可能不如单线程。

这边说的有点跑题，这块的内容实在太大，大家只要知道，线程即使不昂贵也绝不廉价。

针对这个问题，各大语言都推出了一个叫做线程池的技术，我申请一批线程，持有他，等到有任务的时候直接使用，这样我就不会频繁的创建和销毁线程了。这样大大提升了效率。

在.NET中，很早就提倡任何需要线程的时刻都使用 ThreadPool。

ps:现在觉大多数（我还没见过）的语言（runtime）中，线程与操作系统的线程是一一对应的。

回归协程
协程与线程是多对一的关系，有多个协程会对应到一根线程上。跟线程和CPU是一样的关系。

线程是为了共享CPU，而协程是为了共享线程。

协程是应用层面的自有“线程”实现。也就是说在不改变OS的线程逻辑下，自己构建了一套 “线程”系统。

为什么不直接改动OS的线程，让其更轻？我个人觉得 1是历史兼容性问题，2是必要性问题，线程是一个很好的抽象逻辑。实现协程完全可以通过线程来完成。

协程的目的
我们来思考一个场景

抓取百度、google、bing的html。

多线程的做法是

启动三个线程，分别对百度、google、bing发起HTTP GET请求。这时候使用了三个线程。

协程的做法是（极端）

启动一个线程对百度发起HTTP GET请求，将任务放入队列，在对google发起HTTP GET请求，将任务放入队列，在对bingHTTP GET请求将任务放入队列。

这时候只需要使用一个线程（极端情况下，其实大多数实现来说至少需要两个线程，因为需要有一个后台线程去监听任务队列，当任务完成后再分配一个可用线程去处理下面的逻辑）

为什么说极端情况下？因为协程有时候也可能会与线程一一对应，比如你的CPU有8个核心，同时跑4个协程也有可能会分配4根线程单独去处理这4个任务，这主要取决于调度算法。

总结：协程是为了提升线程利用率，减少线程的无用功（大多数是IO堵塞），协程也更适合IO密集型的场景。

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C#中的协程
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可以看到，3个任务是异步执行的，但都由线程4来处理，也就是说三个异步任务只用了一根线程。

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C#中的CSP
讲了这么大篇幅的协程，终于回归了今天的主题。

其实单单实现CSP来说根本不用理清线程和协程。但今天主要对比的是Go中的CSP，所以如果没有协程基本是没有意义的。

C#如何对应，CSP中最重要的Channel呢？

答案就是：BlockingCollection

我们来看一个例子

抓取一批网站并输出网站的title

发起 HTTP GET 请求 和分析Title的代码逻辑如下：

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主程序的代码如下：

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执行逻辑

启用一个生产者协程来根据url生产对应的html、同时使用主线程消费队列内的内容（异步）
每个url单独起一个协程来发起HTTP GET请求
生产者协程等待所有url的html全部加载完成
标志队列完成
主线程退出
执行结果如下：

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Go协程与.NET协程的区别？
去除实现上的一些逻辑，本质上没太多区别。

但Go有一个天生优势就是它是新时代的语言，抛弃了线程。也就是说Go层面没有线程的东西，它只有协程。

但.NET中线程已经拥有了好多年，大量的类库、驱动使用线程来完成。

所以你在上一层就算使用了协程，执行到底部不一定只有一根线程来完成，底部可以自己创建线程来运行逻辑，今天篇幅关系不做过多说明。后面我们在介绍这块的内容。

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写在最后
最后总结一个要点，多线程、协程并不能提升性能，它们所达到的目的只是提高CPU利用率。

今天本来想详细写BlockingCollection的使用说明，但协程等概念占了大量的篇幅，后面我们再来详细介绍.NET中的异步编程。