async await 的前世今生（Updated）
async 和 await 出現(xiàn)在C# 5.0之后，給并行編程帶來了不少的方便，特別是當(dāng)在MVC中的Action也變成async之后，有點開始什么都是async的味道了。但是這也給我們編程埋下了一些隱患，有時候可能會產(chǎn)生一些我們自己都不知道怎么產(chǎn)生的Bug，特別是如果連線程基礎(chǔ)沒有理解的情況下，更不知道如何去處理了。那今天我們就來好好看看這兩兄弟和他們的叔叔（Task）爺爺(Thread)們到底有什么區(qū)別和特點，本文將會對Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await，這三種方式下的并行編程作一個概括性的介紹包括：開啟線程，線程結(jié)果返回，線程中止，線程中的異常處理等。
內(nèi)容索引
- 創(chuàng)建線程
- 線程池
- 參數(shù)
- 返回值
- 共享數(shù)據(jù)
- 線程安全
- 鎖
- Semaphore
- 異常處理
- 一個小例子認(rèn)識async & await
- await的原形
創(chuàng)建
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | static?void?Main(){ ????new?Thread(Go).Start();??// .NET 1.0開始就有的 ????Task.Factory.StartNew(Go);?// .NET 4.0 引入了 TPL ????Task.Run(new?Action(Go));?// .NET 4.5 新增了一個Run的方法 } ? public?static?void?Go(){ ????Console.WriteLine("我是另一個線程"); } |
這里面需要注意的是，創(chuàng)建Thread的實例之后，需要手動調(diào)用它的Start方法將其啟動。但是對于Task來說，StartNew和Run的同時，既會創(chuàng)建新的線程，并且會立即啟動它。
線程池?
線程的創(chuàng)建是比較占用資源的一件事情，.NET 為我們提供了線程池來幫助我們創(chuàng)建和管理線程。Task是默認(rèn)會直接使用線程池，但是Thread不會。如果我們不使用Task，又想用線程池的話，可以使用ThreadPool類。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | static?void?Main() { ????Console.WriteLine("我是主線程：Thread Id {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ????ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go); ? ????Console.ReadLine(); } ? public?static?void?Go(object?data) { ????Console.WriteLine("我是另一個線程:Thread Id {0}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); } |
傳入?yún)?shù)
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | static?void?Main() { ????new?Thread(Go).Start("arg1");?// 沒有匿名委托之前，我們只能這樣傳入一個object的參數(shù) ? ????new?Thread(delegate(){??// 有了匿名委托之后... ????????GoGoGo("arg1",?"arg2",?"arg3"); ????}); ? ????new?Thread(() => {??// 當(dāng)然,還有 Lambada ????????GoGoGo("arg1","arg2","arg3"); ????}).Start(); ? ????Task.Run(() =>{??// Task能這么靈活，也是因為有了Lambda呀。 ????????GoGoGo("arg1",?"arg2",?"arg3"); ????}); } ? public?static?void?Go(object?name){ ????// TODO } ? public?static?void?GoGoGo(string?arg1,?string?arg2,?string?arg3){ ????// TODO } |
返回值
Thead是不能返回值的，但是作為更高級的Task當(dāng)然要彌補(bǔ)一下這個功能。
| 1 2 3 4 5 | static?void?Main() { ????// GetDayOfThisWeek 運(yùn)行在另外一個線程中 ????var?dayName = Task.Run<string>(() => {?return?GetDayOfThisWeek(); }); ????Console.WriteLine("今天是：{0}",dayName.Result); } |
共享數(shù)據(jù)
上面說了參數(shù)和返回值，我們來看一下線程之間共享數(shù)據(jù)的問題。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | private?static?bool?_isDone =?false;??? static?void?Main(){ ????new?Thread(Done).Start(); ????new?Thread(Done).Start(); } ? static?void?Done(){ ????if?(!_isDone) { ????????_isDone =?true;?// 第二個線程來的時候，就不會再執(zhí)行了(也不是絕對的，取決于計算機(jī)的CPU數(shù)量以及當(dāng)時的運(yùn)行情況) ????????Console.WriteLine("Done"); ????} } |
線程之間可以通過static變量來共享數(shù)據(jù)。
線程安全
? 我們先把上面的代碼小小的調(diào)整一下，就知道什么是線程安全了。我們把Done方法中的兩句話對換了一下位置 。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | private?static?bool?_isDone =?false;??? static?void?Main(){ ????new?Thread(Done).Start(); ????new?Thread(Done).Start(); ????Console.ReadLine(); } ? static?void?Done(){ ????if?(!_isDone) { ???????Console.WriteLine("Done");?// 猜猜這里面會被執(zhí)行幾次？ ????????_isDone =?true; ????} } |
上面這種情況不會一直發(fā)生，但是如果你運(yùn)氣好的話，就會中獎了。因為第一個線程還沒有來得及把_isDone設(shè)置成true，第二個線程就進(jìn)來了，而這不是我們想要的結(jié)果，在多個線程下，結(jié)果不是我們的預(yù)期結(jié)果，這就是線程不安全。
鎖
要解決上面遇到的問題，我們就要用到鎖。鎖的類型有獨(dú)占鎖，互斥鎖，以及讀寫鎖等，我們這里就簡單演示一下獨(dú)占鎖。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | private?static?bool?_isDone =?false; private?static?object?_lock =?new?object(); static?void?Main(){ ????new?Thread(Done).Start(); ????new?Thread(Done).Start(); ????Console.ReadLine(); } ? static?void?Done(){ ????lock?(_lock){ ????????if?(!_isDone){ ????????????Console.WriteLine("Done");?// 猜猜這里面會被執(zhí)行幾次？ ????????????_isDone =?true; ????????} ????} } |
再我們加上鎖之后，被鎖住的代碼在同一個時間內(nèi)只允許一個線程訪問，其它的線程會被阻塞，只有等到這個鎖被釋放之后其它的線程才能執(zhí)行被鎖住的代碼。
Semaphore 信號量
我實在不知道這個單詞應(yīng)該怎么翻譯，從官方的解釋來看，我們可以這樣理解。它可以控制對某一段代碼或者對某個資源訪問的線程的數(shù)量，超過這個數(shù)量之后，其它的線程就得等待，只有等現(xiàn)在有線程釋放了之后，下面的線程才能訪問。這個跟鎖有相似的功能，只不過不是獨(dú)占的，它允許一定數(shù)量的線程同時訪問。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | static?SemaphoreSlim _sem =?new?SemaphoreSlim(3);????// 我們限制能同時訪問的線程數(shù)量是3 static?void?Main(){ ????for?(int?i = 1; i <= 5; i++)?new?Thread(Enter).Start(i); ????Console.ReadLine(); } ? static?void?Enter(object?id){ ????Console.WriteLine(id +?" 開始排隊..."); ????_sem.Wait(); ????Console.WriteLine(id +?" 開始執(zhí)行！");????????? ????Thread.Sleep(1000 * (int)id);?????????????? ????Console.WriteLine(id +?" 執(zhí)行完畢，離開！");????? ????_sem.Release(); } |
?
在最開始的時候，前3個排隊之后就立即進(jìn)入執(zhí)行，但是4和5，只有等到有線程退出之后才可以執(zhí)行。
異常處理
其它線程的異常，主線程可以捕獲到么？
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | public?static?void?Main(){ ????try{ ????????new?Thread(Go).Start(); ????} ????catch?(Exception ex){ ????????// 其它線程里面的異常，我們這里面是捕獲不到的。 ????????Console.WriteLine("Exception!"); ????} } static?void?Go() {?throw?null; } |
那么升級了的Task呢？
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | public?static?void?Main(){ ????try{ ????????var?task = Task.Run(() => { Go(); }); ????????task.Wait();??// 在調(diào)用了這句話之后，主線程才能捕獲task里面的異常 ? ????????// 對于有返回值的Task, 我們接收了它的返回值就不需要再調(diào)用Wait方法了 ????????// GetName 里面的異常我們也可以捕獲到 ????????var?task2 = Task.Run(() => {?return?GetName(); }); ????????var?name = task2.Result; ????} ????catch?(Exception ex){ ????????Console.WriteLine("Exception!"); ????} } static?void?Go() {?throw?null; } static?string?GetName() {?throw?null; } |
一個小例子認(rèn)識async & await
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | static?void?Main(string[] args){ ????Test();?// 這個方法其實是多余的, 本來可以直接寫下面的方法 ????// await GetName()? ????// 但是由于控制臺的入口方法不支持async,所有我們在入口方法里面不能 用 await ????????????? ????Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); } ? static?async Task Test(){ ????// 方法打上async關(guān)鍵字，就可以用await調(diào)用同樣打上async的方法 ????// await 后面的方法將在另外一個線程中執(zhí)行 ????await GetName(); } ? static?async Task GetName(){ ????// Delay 方法來自于.net 4.5 ????await Task.Delay(1000);??// 返回值前面加 async 之后，方法里面就可以用await了 ????Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ????Console.WriteLine("In antoher thread....."); } |
await 的原形
??await后的的執(zhí)行順序?
?
? ???感謝 locus的指正，?await 之后不會開啟新的線程(await 從來不會開啟新的線程)，所以上面的圖是有一點問題的。
await 不會開啟新的線程，當(dāng)前線程會一直往下走直到遇到真正的Async方法（比如說HttpClient.GetStringAsync），這個方法的內(nèi)部會用Task.Run或者Task.Factory.StartNew 去開啟線程。也就是如果方法不是.NET為我們提供的Async方法，我們需要自己創(chuàng)建Task，才會真正的去創(chuàng)建線程。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 | static?void?Main(string[] args) { ????Console.WriteLine("Main Thread Id: {0}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ????Test(); ????Console.ReadLine(); } ? static?async Task Test() { ????Console.WriteLine("Before calling GetName, Thread Id: {0}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ????var?name = GetName();???//我們這里沒有用 await,所以下面的代碼可以繼續(xù)執(zhí)行 ????// 但是如果上面是 await GetName()，下面的代碼就不會立即執(zhí)行，輸出結(jié)果就不一樣了。 ????Console.WriteLine("End calling GetName.\r\n"); ????Console.WriteLine("Get result from GetName: {0}", await name); } ? static?async Task<string> GetName() { ????// 這里還是主線程 ????Console.WriteLine("Before calling Task.Run, current thread Id is: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ????return?await Task.Run(() => ????{ ????????Thread.Sleep(1000); ????????Console.WriteLine("'GetName' Thread Id: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ????????return?"Jesse"; ????}); } |
我們再來看一下那張圖：
只有async方法在調(diào)用前才能加await么？
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | static?void?Main(){ ????Test(); ????Console.ReadLine(); } ? static?async?void?Test(){ ????Task<string> task = Task.Run(() =>{ ????????Thread.Sleep(5000); ????????return?"Hello World"; ????}); ????string?str = await task;??//5 秒之后才會執(zhí)行這里 ????Console.WriteLine(str); } |
答案很明顯：await并不是針對于async的方法，而是針對async方法所返回給我們的Task，這也是為什么所有的async方法都必須返回給我們Task。所以我們同樣可以在Task前面也加上await關(guān)鍵字，這樣做實際上是告訴編譯器我需要等這個Task的返回值或者等這個Task執(zhí)行完畢之后才能繼續(xù)往下走。
不用await關(guān)鍵字，如何確認(rèn)Task執(zhí)行完畢了？
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | static?void?Main(){ ????var?task = Task.Run(() =>{ ????????return?GetName(); ????}); ? ????task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{ ????????// 2 秒之后才會執(zhí)行這里 ????????var?name = task.Result; ????????Console.WriteLine("My name is: "?+ name); ????}); ? ????Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢"); ????Console.ReadLine(); } ? static?string?GetName(){ ????Console.WriteLine("另外一個線程在獲取名稱"); ????Thread.Sleep(2000); ????return?"Jesse"; } |
Task.GetAwaiter()和await Task 的區(qū)別？
?
- 加上await關(guān)鍵字之后，后面的代碼會被掛起等待，直到task執(zhí)行完畢有返回值的時候才會繼續(xù)向下執(zhí)行，這一段時間主線程會處于掛起狀態(tài)。
- GetAwaiter方法會返回一個awaitable的對象（繼承了INotifyCompletion.OnCompleted方法）我們只是傳遞了一個委托進(jìn)去，等task完成了就會執(zhí)行這個委托，但是并不會影響主線程，下面的代碼會立即執(zhí)行。這也是為什么我們結(jié)果里面第一句話會是 “主線程執(zhí)行完畢”！
Task如何讓主線程掛起等待？
上面的右邊是屬于沒有掛起主線程的情況，和我們的await仍然有一點差別，那么在獲取Task的結(jié)果前如何掛起主線程呢？
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 | static?void?Main(){ ????var?task = Task.Run(() =>{ ????????return?GetName(); ????}); ? ????var?name = task.GetAwaiter().GetResult(); ????Console.WriteLine("My name is:{0}",name); ? ????Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢"); ????Console.ReadLine(); } ? static?string?GetName(){ ????Console.WriteLine("另外一個線程在獲取名稱"); ????Thread.Sleep(2000); ????return?"Jesse"; } |
Task.GetAwait()方法會給我們返回一個awaitable的對象，通過調(diào)用這個對象的GetResult方法就會掛起主線程，當(dāng)然也不是所有的情況都會掛起。還記得我們Task的特性么？ 在一開始的時候就啟動了另一個線程去執(zhí)行這個Task，當(dāng)我們調(diào)用它的結(jié)果的時候如果這個Task已經(jīng)執(zhí)行完畢，主線程是不用等待可以直接拿其結(jié)果的，如果沒有執(zhí)行完畢那主線程就得掛起等待了。
await 實質(zhì)是在調(diào)用awaitable對象的GetResult方法
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | static?async Task Test(){ ????Task<string> task = Task.Run(() =>{ ????????Console.WriteLine("另一個線程在運(yùn)行！");??// 這句話只會被執(zhí)行一次 ????????Thread.Sleep(2000); ????????return?"Hello World"; ????}); ? ????// 這里主線程會掛起等待，直到task執(zhí)行完畢我們拿到返回結(jié)果 ????var?result = task.GetAwaiter().GetResult();? ????// 這里不會掛起等待，因為task已經(jīng)執(zhí)行完了，我們可以直接拿到結(jié)果 ????var?result2 = await task;???? ????Console.WriteLine(str); } |
到此為止，await就真相大白了，歡迎點評。Enjoy Coding! :)?
作者：Jesse?出處：?http://jesse2013.cnblogs.com/
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創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎勵來咯，堅持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的async await 的前世今生（Updated）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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