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C#

一文说通C#中的异步编程

發(fā)布時間：2023/12/4 C# 54 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了一文说通C#中的异步编程小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

天天寫，不一定就明白。

又及，前兩天看了一個關(guān)于同步方法中調(diào)用異步方法的文章，里面有些概念不太正確，所以整理了這個文章。

一、同步和異步。

先說同步。

同步概念大家都很熟悉。在異步概念出來之前，我們的代碼都是按同步的方式寫的。簡單來說，就是程序嚴(yán)格按照代碼的邏輯次序，一行一行執(zhí)行。

看一段代碼：

public?static?void?Main(string[]?args) {Console.WriteLine("Syc?proccess?-?start");Console.WriteLine("Syc?proccess?-?enter?Func1");func1();Console.WriteLine("Syc?proccess?-?out?Func1");Console.WriteLine("Syc?proccess?-?enter?Func2");func2();Console.WriteLine("Syc?proccess?-?out?Func2");Console.WriteLine("Syc?proccess?-?enter?Func3");func3();Console.WriteLine("Syc?proccess?-?out?Func3");Console.WriteLine("Syc?proccess?-?done"); }private?static?void?func1() {Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start");Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end"); }private?static?void?func2() {Console.WriteLine("Func2?proccess?-?start");Thread.Sleep(3000);Console.WriteLine("Func2?proccess?-?end"); }private?static?void?func3() {Console.WriteLine("Func3?proccess?-?start");Thread.Sleep(5000);Console.WriteLine("Func3?proccess?-?end"); }

這是一段簡單的通常意義上的代碼，程序按代碼的次序同步執(zhí)行，看結(jié)果：

Syc?proccess?-?start Syc?proccess?-?enter?Func1 Func1?proccess?-?start Func1?proccess?-?end Syc?proccess?-?out?Func1 Syc?proccess?-?enter?Func2 Func2?proccess?-?start Func2?proccess?-?end Syc?proccess?-?out?Func2 Syc?proccess?-?enter?Func3 Func3?proccess?-?start Func3?proccess?-?end Syc?proccess?-?out?Func3 Syc?proccess?-?done

沒有任何意外。

那異步呢？

異步，來自于對同步處理的改良和優(yōu)化。

應(yīng)用中，經(jīng)常會有對于文件或網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫的IO操作。這些操作因?yàn)镮O軟硬件的原因，需要消耗很多時間，但通常情況下CPU計算量并不大。在同步的代碼中，這個過程會被阻塞。直白的說法就是這一行代碼沒執(zhí)行完成，程序就得等著，等完成后再執(zhí)行下一行代碼，而這個等待的時間中，CPU資源就被浪費(fèi)了，閑著了，什么也沒做。（當(dāng)然，操作系統(tǒng)會調(diào)度CPU干別的，這兒不抬杠。）

異步編程模型和規(guī)范因此出現(xiàn)了，通過某種機(jī)制，讓程序在等著IO的過程中，繼續(xù)做點(diǎn)別的事，等IO的過程完成了，再回來處理IO的內(nèi)容。這樣CPU也沒閑著，在等IO的過程中多做了點(diǎn)事。反映到用戶端，就感覺程序更快了，用時更短了。

下面重點(diǎn)說一下異步編程相關(guān)的內(nèi)容。

二、異步編程

C#中，異步編程，一個核心，兩個關(guān)鍵字。

一個核心是指Task和Task<T>對象，而兩個關(guān)鍵字，就是async和await。

從各種渠道給出的異步編程，都是下面的方式：

async?Task?function() {/*?your?code?here?*/ }

然后調(diào)用的方式：

await?function();

是這樣的嗎？嗯，圖樣圖森破～～～

我們來看代碼：

static?async?Task?Main(string[]?args) {Console.WriteLine("Async?proccess?-?start");Console.WriteLine("Async?proccess?-?enter?Func1");await?func1();Console.WriteLine("Async?proccess?-?out?Func1");Console.WriteLine("Async?proccess?-?enter?Func2");await?func2();Console.WriteLine("Async?proccess?-?out?Func2");Console.WriteLine("Async?proccess?-?enter?Func3");await?func3();Console.WriteLine("Async?proccess?-?out?Func3");Console.WriteLine("Async?proccess?-?done");Console.WriteLine("Main?proccess?-?done"); }private?static?async?Task?func1() {Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start");Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end"); }private?static?async?Task?func2() {Console.WriteLine("Func2?proccess?-?start");Thread.Sleep(3000);Console.WriteLine("Func2?proccess?-?end"); }private?static?async?Task?func3() {Console.WriteLine("Func3?proccess?-?start");Thread.Sleep(5000);Console.WriteLine("Func3?proccess?-?end"); }

跑一下結(jié)果：

Async?proccess?-?start Async?proccess?-?enter?Func1 Func1?proccess?-?start Func1?proccess?-?end Async?proccess?-?out?Func1 Async?proccess?-?enter?Func2 Func2?proccess?-?start Func2?proccess?-?end Async?proccess?-?out?Func2 Async?proccess?-?enter?Func3 Func3?proccess?-?start Func3?proccess?-?end Async?proccess?-?out?Func3 Async?proccess?-?done Main?proccess?-?done

咦？這個好像跟同步代碼的執(zhí)行結(jié)果沒什么區(qū)別啊？

嗯，完全正確。上面這個代碼，真的是同步執(zhí)行的。

這是異步編程的第一個容易錯誤的理解：async和await的配對。

三、async和await的配對

在異步編程的規(guī)范中，async修飾的方法，僅僅表示這個方法在內(nèi)部有可能采用異步的方式執(zhí)行，CPU在執(zhí)行這個方法時，會放到一個新的線程中執(zhí)行。

那這個方法，最終是否采用異步執(zhí)行，不決定于是否用await方式調(diào)用這個方法，而決定于這個方法內(nèi)部，是否有await方式的調(diào)用。

看代碼，很容易理解：

private?static?async?Task?func1() {Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start");Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end"); }

這個方法，因?yàn)榉椒▋?nèi)部沒有await調(diào)用，所以這個方法永遠(yuǎn)會以同步方式執(zhí)行，不管你調(diào)用這個方法時，有沒有await。

而下面這個代碼：

private?static?async?Task?func1() {Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start");await?Task.Run(()?=>?Thread.Sleep(1000));Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end"); }

因?yàn)檫@個方法里有await調(diào)用，所以這個方法不管你以什么方式調(diào)用，有沒有await，都是異步執(zhí)行的。

看代碼：

static?async?Task?Main(string[]?args) {Console.WriteLine("Async?proccess?-?start");Console.WriteLine("Async?proccess?-?enter?Func1");func1();Console.WriteLine("Async?proccess?-?out?Func1");Console.WriteLine("Async?proccess?-?enter?Func2");func2();Console.WriteLine("Async?proccess?-?out?Func2");Console.WriteLine("Async?proccess?-?enter?Func3");func3();Console.WriteLine("Async?proccess?-?out?Func3");Console.WriteLine("Async?proccess?-?done");Console.WriteLine("Main?proccess?-?done");Console.ReadKey(); }private?static?async?Task?func1() {Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start");await?Task.Run(()?=>?Thread.Sleep(1000));Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end"); }private?static?async?Task?func2() {Console.WriteLine("Func2?proccess?-?start");await?Task.Run(()?=>?Thread.Sleep(3000));Console.WriteLine("Func2?proccess?-?end"); }private?static?async?Task?func3() {Console.WriteLine("Func3?proccess?-?start");await?Task.Run(()?=>?Thread.Sleep(5000));Console.WriteLine("Func3?proccess?-?end"); }

輸出結(jié)果：

Async?proccess?-?start Async?proccess?-?enter?Func1 Func1?proccess?-?start Async?proccess?-?out?Func1 Async?proccess?-?enter?Func2 Func2?proccess?-?start Async?proccess?-?out?Func2 Async?proccess?-?enter?Func3 Func3?proccess?-?start Async?proccess?-?out?Func3 Async?proccess?-?done Main?proccess?-?done Func1?proccess?-?end Func2?proccess?-?end Func3?proccess?-?end

結(jié)果中，在長時間運(yùn)行Thread.Sleep的時候，跳出去往下執(zhí)行了，是異步。

又有問題來了：不是說異步調(diào)用要用await嗎？

我們把a(bǔ)wait加到調(diào)用方法的前邊，試一下：

跑一下結(jié)果：

嗯？怎么又像是同步了？

對，這是第二個容易錯誤的理解：await是什么意思？

四、await是什么意思

提到await，就得先說說Wait。

字面意思，Wait就是等待。

前邊說了，異步有一個核心，是Task。而Task有一個方法，就是Wait，寫法是Task.Wait()。所以，很多人把這個Wait和await混為一談，這是錯的。

這個問題來自于Task。C#里，Task不是專為異步準(zhǔn)備的，它表達(dá)的是一個線程，是工作在線程池里的一個線程。異步是線程的一種應(yīng)用，多線程也是線程的一種應(yīng)用。Wait，以及Status、IsCanceled、IsCompleted、IsFaulted等等，是給多線程準(zhǔn)備的方法，跟異步?jīng)]有半毛錢關(guān)系。當(dāng)然你非要在異步中使用多線程的Wait或其它，從代碼編譯層面不會出錯，但程序會。

尤其，Task.Wait()是一個同步方法，用于多線程中阻塞等待。

在那個「同步方法中調(diào)用異步方法」的文章中，用Task.Wait()來實(shí)現(xiàn)同步方法中調(diào)用異步方法，這個用法本身就是錯誤的。異步不是多線程，而且在多線程中，多個Task.Wait()使用也會死鎖，也有解決和避免死鎖的一整套方式。

再說一遍：Task.Wait()是一個同步方法，用于多線程中阻塞等待，不是實(shí)現(xiàn)同步方法中調(diào)用異步方法的實(shí)現(xiàn)方式。

說回await。字面意思，也好像是等待。是真的嗎？

并不是，await不完全是等待的意思。

在異步中，await表達(dá)的意思是：當(dāng)前線程/方法中，await引導(dǎo)的方法出結(jié)果前，跳出當(dāng)前線程/方法，從調(diào)用當(dāng)前線程/方法的位置，去執(zhí)行其它可能執(zhí)行的線程/方法，并在引導(dǎo)的方法出結(jié)果后，把運(yùn)行點(diǎn)拉回到當(dāng)前位置繼續(xù)執(zhí)行；直到遇到下一個await，或線程/方法完成返回，跳回去剛才外部最后執(zhí)行的位置繼續(xù)執(zhí)行。

有點(diǎn)繞，還是看代碼：

??static?async?Task?Main(string[]?args){ 1?????Console.WriteLine("Async?proccess?-?start");2?????Console.WriteLine("Async?proccess?-?enter?Func1"); 3?????func1(); 4?????Console.WriteLine("Async?proccess?-?out?Func1");5?????Console.WriteLine("Async?proccess?-?done");6?????????Thread.Sleep(2000);7?????Console.WriteLine("Main?proccess?-?done");8????Console.ReadKey();}private?static?async?Task?func1(){ 9?????Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start"); 10????await?Task.Run(()?=>?Thread.Sleep(1000)); 11????Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end");}

這個代碼，執(zhí)行時是這樣的：順序執(zhí)行1、2、3，進(jìn)到func1，執(zhí)行9、10，到10時，有await，所以跳出，執(zhí)行4、5、6。而6是一個長時等待，在等待的過程中，func1的10運(yùn)行完成，運(yùn)行點(diǎn)跳回10，執(zhí)行11并結(jié)束方法，再回到6等待，結(jié)束等待后繼續(xù)執(zhí)行7、8結(jié)束。

我們看一下結(jié)果：

Async?proccess?-?start Async?proccess?-?enter?Func1 Func1?proccess?-?start Async?proccess?-?out?Func1 Async?proccess?-?done Func1?proccess?-?end Main?proccess?-?done

映證了這樣的次序。

在這個例子中，await在控制異步的執(zhí)行次序。那為什么要用等待這么個詞呢？是因?yàn)閍wait確實(shí)有等待結(jié)果的含義。

這是await的第二層意思。

五、await的第二層意思：等待拿到結(jié)果

await確實(shí)有等待的含義。等什么？等異步的運(yùn)行結(jié)果。

看代碼：

static?async?Task?Main(string[]?args) {Console.WriteLine("Async?proccess?-?start");Console.WriteLine("Async?proccess?-?enter?Func1");Task<int>?f?=?func1();Console.WriteLine("Async?proccess?-?out?Func1");Console.WriteLine("Async?proccess?-?done");int?result?=?await?f;Console.WriteLine("Main?proccess?-?done");Console.ReadKey(); }private?static?async?Task<int>?func1() {Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start");await?Task.Run(()?=>?Thread.Sleep(1000));Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end");return?5; }

比較一下這段代碼和上一節(jié)的代碼，很容易搞清楚執(zhí)行過程。

這個代碼，完成了這樣一個需求：我們需要使用func1方法的返回值。我們可以提前去執(zhí)行這個方法，而不急于拿到方法的返回值，直到我們需要使用時，再用await去獲取到這個返回值去使用。

這才是異步對于我們真正的用處。對于一些耗時的IO或類似的操作，我們可以提前調(diào)用，讓程序可以利用執(zhí)行過程中的空閑時間來完成這個操作。等到我們需要這個操作的結(jié)果用于后續(xù)的執(zhí)行時，我們await這個結(jié)果。這時候，如果await的方法已經(jīng)執(zhí)行完成，那我們可以馬上得到結(jié)果；如果沒有完成，則程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行這個方法直到得到結(jié)果。

六、同步方法中調(diào)用異步

正確的方法只有一個：

func1().GetAwaiter().GetResult();

這其實(shí)就是await的一個變形。

（全文完）

喜歡就來個三連，讓更多人因你而受益

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一文说通C#中的异步编程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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