一、什么是異步

　　同步和異步主要用于修飾方法。當(dāng)一個方法被調(diào)用時，調(diào)用者需要等待該方法執(zhí)行完畢并返回才能繼續(xù)執(zhí)行，我們稱這個方法是同步方法；當(dāng)一個方法被調(diào)用時立即返回，并獲取一個線程執(zhí)行該方法內(nèi)部的業(yè)務(wù)，調(diào)用者不用等待該方法執(zhí)行完畢，我們稱這個方法為異步方法。

　　異步的好處在于非阻塞(調(diào)用線程不會暫停執(zhí)行去等待子線程完成)，因此我們把一些不需要立即使用結(jié)果、較耗時的任務(wù)設(shè)為異步執(zhí)行，可以提高程序的運行效率。net4.0在ThreadPool的基礎(chǔ)上推出了Task類，微軟極力推薦使用Task來執(zhí)行異步任務(wù)，現(xiàn)在C#類庫中的異步方法基本都用到了Task；net5.0推出了async/await，讓異步編程更為方便。本篇主要介紹Task、async/await相關(guān)的內(nèi)容，其他異步操作的方式會在下一篇介紹。

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二、Task介紹

　　Task是在ThreadPool的基礎(chǔ)上推出的，我們簡單了解下ThreadPool。ThreadPool中有若干數(shù)量的線程，如果有任務(wù)需要處理時，會從線程池中獲取一個空閑的線程來執(zhí)行任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行完畢后線程不會銷毀，而是被線程池回收以供后續(xù)任務(wù)使用。當(dāng)線程池中所有的線程都在忙碌時，又有新任務(wù)要處理時，線程池才會新建一個線程來處理該任務(wù)，如果線程數(shù)量達(dá)到設(shè)置的最大值，任務(wù)會排隊，等待其他任務(wù)釋放線程后再執(zhí)行。線程池能減少線程的創(chuàng)建，節(jié)省開銷，看一個ThreadPool的栗子吧

static void Main(string[] args){for (int i = 1; i <=10; i++){//ThreadPool執(zhí)行任務(wù)ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback((obj) => {Console.WriteLine($"第{obj}個執(zhí)行任務(wù)");}),i);}Console.ReadKey();}

　　上邊的代碼通過ThreadPool執(zhí)行了10個任務(wù)，執(zhí)行結(jié)果為：

?　　ThreadPool相對于Thread來說可以減少線程的創(chuàng)建，有效減小系統(tǒng)開銷；但是ThreadPool不能控制線程的執(zhí)行順序，我們也不能獲取線程池內(nèi)線程取消/異常/完成的通知，即我們不能有效監(jiān)控和控制線程池中的線程。

1 Task創(chuàng)建和運行

　　我們知道了ThreadPool的弊端：我們不能控制線程池中線程的執(zhí)行順序，也不能獲取線程池內(nèi)線程取消/異常/完成的通知。net4.0在ThreadPool的基礎(chǔ)上推出了Task，Task擁有線程池的優(yōu)點，同時也解決了使用線程池不易控制的弊端。

首先看一下怎么去創(chuàng)建并運行一個Task，Task的創(chuàng)建和執(zhí)行方式有如下三種：

static void Main(string[] args){//1.new方式實例化一個Task，需要通過Start方法啟動Task task = new Task(() =>{Thread.Sleep(100);Console.WriteLine($"hello, task1的線程ID為{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");});task.Start();//2.Task.Factory.StartNew(Action action)創(chuàng)建和啟動一個TaskTask task2 = Task.Factory.StartNew(() =>{Thread.Sleep(100);Console.WriteLine($"hello, task2的線程ID為{ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");});//3.Task.Run(Action action)將任務(wù)放在線程池隊列，返回并啟動一個TaskTask task3 = Task.Run(() =>{Thread.Sleep(100);Console.WriteLine($"hello, task3的線程ID為{ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");});Console.WriteLine("執(zhí)行主線程！");Console.ReadKey();}

執(zhí)行結(jié)果如下：

　　我們看到先打印"執(zhí)行主線程"，然后再打印各個任務(wù)，說明了Task不會阻塞主線程。上邊的栗子Task都沒有返回值，我們也可以創(chuàng)建有返回值的Task<TResult>，用法和沒有返回值的基本一致,我們簡單修改一下上邊的栗子，代碼如下：

static void Main(string[] args){1.new方式實例化一個Task，需要通過Start方法啟動Task<string> task = new Task<string>(() =>{return $"hello, task1的ID為{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";});task.Start();2.Task.Factory.StartNew(Func func)創(chuàng)建和啟動一個TaskTask<string> task2 =Task.Factory.StartNew<string>(() =>{return $"hello, task2的ID為{ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";});3.Task.Run(Func func)將任務(wù)放在線程池隊列，返回并啟動一個TaskTask<string> task3= Task.Run<string>(() =>{return $"hello, task3的ID為{ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";});Console.WriteLine("執(zhí)行主線程！");Console.WriteLine(task.Result);Console.WriteLine(task2.Result);Console.WriteLine(task3.Result);Console.ReadKey();}

　　注意task.Resut獲取結(jié)果時會阻塞線程，即如果task沒有執(zhí)行完成，會等待task執(zhí)行完成獲取到Result，然后再執(zhí)行后邊的代碼，程序運行結(jié)果如下：? ?

　 上邊的所有栗子中Task的執(zhí)行都是異步的，不會阻塞主線程。有些場景下我們想讓Task同步執(zhí)行怎么辦呢？Task提供了??task.RunSynchronously()用于同步執(zhí)行Task任務(wù)，代碼如下：

static void Main(string[] args){Task task = new Task(() =>{Thread.Sleep(100);Console.WriteLine("執(zhí)行Task結(jié)束!");});//同步執(zhí)行，task會阻塞主線程task.RunSynchronously();Console.WriteLine("執(zhí)行主線程結(jié)束！");Console.ReadKey();}

執(zhí)行結(jié)果如下：

?2 Task的阻塞方法(Wait/WaitAll/WaitAny)

1 Thread阻塞線程的方法

　　使用Thread時，我們知道用thread.Join()方法即可阻塞主線程。看一個例子：

static void Main(string[] args){Thread th1 = new Thread(() => {Thread.Sleep(500);Console.WriteLine("線程1執(zhí)行完畢！");});th1.Start();Thread th2 = new Thread(() => {Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine("線程2執(zhí)行完畢！");});th2.Start();//阻塞主線程th1.Join();th2.Join();Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢！");Console.ReadKey();}

　　如果注釋掉兩個Join，執(zhí)行結(jié)果是：先打印【主線程執(zhí)行完畢】，而添加兩個Join方法后執(zhí)行結(jié)果如下，實現(xiàn)了線程阻塞：

2 Task的Wait/WaitAny/WaitAll方法

?　　Thread的Join方法可以阻塞調(diào)用線程，但是有一些弊端：①如果我們要實現(xiàn)很多線程的阻塞時，每個線程都要調(diào)用一次Join方法；②如果我們想讓所有的線程執(zhí)行完畢(或者任一線程執(zhí)行完畢)時，立即解除阻塞，使用Join方法不容易實現(xiàn)。Task提供了??Wait/WaitAny/WaitAll??方法，可以更方便地控制線程阻塞。

??task.Wait()??表示等待task執(zhí)行完畢，功能類似于thead.Join()；??Task.WaitAll(Task[] tasks)??表示只有所有的task都執(zhí)行完成了再解除阻塞；??Task.WaitAny(Task[] tasks)?表示只要有一個task執(zhí)行完畢就解除阻塞，看一個栗子：?

static void Main(string[] args){Task task1 = new Task(() => {Thread.Sleep(500);Console.WriteLine("線程1執(zhí)行完畢！");});task1.Start();Task task2 = new Task(() => {Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine("線程2執(zhí)行完畢！");});task2.Start();//阻塞主線程。task1,task2都執(zhí)行完畢再執(zhí)行主線程//執(zhí)行【task1.Wait();task2.Wait();】可以實現(xiàn)相同功能Task.WaitAll(new Task[]{ task1,task2});Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢！");Console.ReadKey();}

　　執(zhí)行結(jié)果如下：

　　如果將栗子中的WaitAll換成WaitAny，那么任一task執(zhí)行完畢就會解除線程阻塞，執(zhí)行結(jié)果是：先打印【線程1執(zhí)行完畢】，然后打印【主線程執(zhí)行完畢】，最后打印【線程2執(zhí)行完畢】

?3 Task的延續(xù)操作(WhenAny/WhenAll/ContinueWith)

　　上邊的Wait/WaitAny/WaitAll方法返回值為void，這些方法單純的實現(xiàn)阻塞線程。我們現(xiàn)在想讓所有task執(zhí)行完畢(或者任一task執(zhí)行完畢)后，開始執(zhí)行后續(xù)操作，怎么實現(xiàn)呢？這時就可以用到WhenAny/WhenAll方法了，這些方法執(zhí)行完成返回一個task實例。??task.WhenAll(Task[] tasks)??表示所有的task都執(zhí)行完畢后再去執(zhí)行后續(xù)的操作，?task.WhenAny(Task[] tasks)??表示任一task執(zhí)行完畢后就開始執(zhí)行后續(xù)操作。看一個栗子：

static void Main(string[] args){Task task1 = new Task(() => {Thread.Sleep(500);Console.WriteLine("線程1執(zhí)行完畢！");});task1.Start();Task task2 = new Task(() => {Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine("線程2執(zhí)行完畢！");});task2.Start();//task1，task2執(zhí)行完了后執(zhí)行后續(xù)操作Task.WhenAll(task1, task2).ContinueWith((t) => {Thread.Sleep(100);Console.WriteLine("執(zhí)行后續(xù)操作完畢！");});Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢！");Console.ReadKey();}

　　執(zhí)行結(jié)果如下，我們看到WhenAll/WhenAny方法不會阻塞主線程，當(dāng)使用WhenAll方法時所有的task都執(zhí)行完畢才會執(zhí)行后續(xù)操作；如果把栗子中的WhenAll替換成WhenAny，則只要有一個線程執(zhí)行完畢就會開始執(zhí)行后續(xù)操作，這里不再演示。

?　　上邊的栗子也可以通過?Task.Factory.ContinueWhenAll(Task[] tasks, Action continuationAction)??和?Task.Factory.ContinueWhenAny(Task[] tasks, Action continuationAction)?來實現(xiàn) ，修改上邊栗子代碼如下，執(zhí)行結(jié)果不變。

static void Main(string[] args){Task task1 = new Task(() => {Thread.Sleep(500);Console.WriteLine("線程1執(zhí)行完畢！");});task1.Start();Task task2 = new Task(() => {Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine("線程2執(zhí)行完畢！");});task2.Start();//通過TaskFactroy實現(xiàn)Task.Factory.ContinueWhenAll(new Task[] { task1, task2 }, (t) =>{Thread.Sleep(100);Console.WriteLine("執(zhí)行后續(xù)操作");});Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢！");Console.ReadKey();}

?4 Task的任務(wù)取消(CancellationTokenSource)

1 Thread取消任務(wù)執(zhí)行

　　在Task前我們執(zhí)行任務(wù)采用的是Thread,Thread怎么取消任務(wù)呢？一般流程是：設(shè)置一個變量來控制任務(wù)是否停止，如設(shè)置一個變量isStop，然后線程輪詢查看isStop，如果isStop為true就停止，代碼如下：

static void Main(string[] args){bool isStop = false;int index = 0;//開啟一個線程執(zhí)行任務(wù)Thread th1 = new Thread(() =>{while (!isStop){Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine($"第{++index}次執(zhí)行，線程運行中...");}});th1.Start();//五秒后取消任務(wù)執(zhí)行Thread.Sleep(5000);isStop = true;Console.ReadKey();}

2 Task取消任務(wù)執(zhí)行

　　Task中有一個專門的類?CancellationTokenSource??來取消任務(wù)執(zhí)行，還是使用上邊的例子，我們修改代碼如下，程序運行的效果不變。

static void Main(string[] args){CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();int index = 0;//開啟一個task執(zhí)行任務(wù)Task task1 = new Task(() =>{while (!source.IsCancellationRequested){Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine($"第{++index}次執(zhí)行，線程運行中...");}});task1.Start();//五秒后取消任務(wù)執(zhí)行Thread.Sleep(5000);//source.Cancel()方法請求取消任務(wù)，IsCancellationRequested會變成truesource.Cancel();Console.ReadKey();}

　　?CancellationTokenSource的功能不僅僅是取消任務(wù)執(zhí)行，我們可以使用??source.CancelAfter(5000)??實現(xiàn)5秒后自動取消任務(wù)，也可以通過??source.Token.Register(Action action)??注冊取消任務(wù)觸發(fā)的回調(diào)函數(shù)，即任務(wù)被取消時注冊的action會被執(zhí)行。 看一個栗子：

static void Main(string[] args){CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();//注冊任務(wù)取消的事件source.Token.Register(() =>{Console.WriteLine("任務(wù)被取消后執(zhí)行xx操作！");});int index = 0;//開啟一個task執(zhí)行任務(wù)Task task1 = new Task(() =>{while (!source.IsCancellationRequested){Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine($"第{++index}次執(zhí)行，線程運行中...");}});task1.Start();//延時取消，效果等同于Thread.Sleep(5000);source.Cancel();source.CancelAfter(5000);Console.ReadKey();}

　　執(zhí)行結(jié)果如下，第5次執(zhí)行在取消回調(diào)后打印，這是因為，執(zhí)行取消的時候第5次任務(wù)已經(jīng)通過了while()判斷，任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行中了：

　　?最后看上一篇跨線程的栗子，點擊按鈕啟動一個任務(wù)，給tetxtbox賦值，我們把Thread改成Task，代碼如下：

public partial class Form1 : Form{public Form1(){InitializeComponent();}private void mySetValueBtn_Click(object sender, EventArgs e){Task.Run(() =>{Action<int> setValue = (i) => { myTxtbox.Text = i.ToString(); };for (int i = 0; i < 1000000; i++){myTxtbox.Invoke(setValue,i);}});}}

　　運行界面如下，賦值的task不會阻塞UI線程：

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三、異步方法(async/await)

1.簡單認(rèn)識

　　在C#5.0中出現(xiàn)的?async和await?，讓異步編程變得更簡單。我們看一個獲取文件內(nèi)容的栗子：

class Program{static void Main(string[] args){string content = GetContentAsync(Environment.CurrentDirectory + @"/test.txt").Result;//調(diào)用同步方法//string content = GetContent(Environment.CurrentDirectory + @"/test.txt");Console.WriteLine(content);Console.ReadKey();}//異步讀取文件內(nèi)容async static Task<string> GetContentAsync(string filename){FileStream fs = new FileStream(filename, FileMode.Open);var bytes = new byte[fs.Length];//ReadAync方法異步讀取內(nèi)容，不阻塞線程Console.WriteLine("開始讀取文件");int len = await fs.ReadAsync(bytes, 0, bytes.Length);string result = Encoding.UTF8.GetString(bytes);return result;}//同步讀取文件內(nèi)容static string GetContent(string filename){FileStream fs = new FileStream(filename, FileMode.Open);var bytes = new byte[fs.Length];//Read方法同步讀取內(nèi)容，阻塞線程int len = fs.Read(bytes, 0, bytes.Length);string result = Encoding.UTF8.GetString(bytes);return result;}}

　　test.txt內(nèi)容是【hello world！】執(zhí)行結(jié)果為：

　　上邊的栗子也寫出了同步讀取的方式，將main函數(shù)中的注釋去掉即可同步讀取文件內(nèi)容。我們可以看到異步讀取代碼和同步讀取代碼基本一致。async/await讓異步編碼變得更簡單，我們可以像寫同步代碼一樣去寫異步代碼。注意一個小問題：異步方法中方法簽名返回值為Task<T>，代碼中的返回值為T。上邊栗子中GetContentAsync的簽名返回值為Task<string>，而代碼中返回值為string。牢記這一細(xì)節(jié)對我們分析異步代碼很有幫助。

　　異步方法簽名的返回值有以下三種：

　　　　①?Task<T>：如果調(diào)用方法想通過調(diào)用異步方法獲取一個T類型的返回值，那么簽名必須為Task<TResult>；

　　　　② Task:如果調(diào)用方法不想通過異步方法獲取一個值，僅僅想追蹤異步方法的執(zhí)行狀態(tài)，那么我們可以設(shè)置異步方法簽名的返回值為Task;

　　　　③ void:如果調(diào)用方法僅僅只是調(diào)用一下異步方法，不和異步方法做其他交互，我們可以設(shè)置異步方法簽名的返回值為void，這種形式也叫做“調(diào)用并忘記”。

　　小結(jié)：到這里Task，async/await的簡單使用已經(jīng)基本結(jié)束了，一些高級特性等到工作遇到了再去研究。通過上邊的介紹，我們知道async/await是基于Task的，而Task是對ThreadPool的封裝改進(jìn)，主要是為了更有效的控制線程池中的線程(ThreadPool中的線程，我們很難通過代碼控制其執(zhí)行順序，任務(wù)延續(xù)和取消等等)；ThreadPool基于Thread的，主要目的是減少Thread創(chuàng)建數(shù)量和管理Thread的成本。async/await Task是C#中更先進(jìn)的，也是微軟大力推廣的特性，我們在開發(fā)中可以嘗試使用Task來替代Thread/ThreadPool，處理本地IO和網(wǎng)絡(luò)IO任務(wù)是盡量使用async/await來提高任務(wù)執(zhí)行效率。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Task和async/await详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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