C#異步編程詳解
前言
本節(jié)主要介紹異步編程中Task、Async和Await的基礎(chǔ)知識。
什么是異步?
異步處理不用阻塞當(dāng)前線程來等待處理完成,而是允許后續(xù)操作,直至其它線程將處理完成,并回調(diào)通知此線程。
異步和多線程
相同點:避免調(diào)用線程阻塞,從而提高軟件的可響應(yīng)性。
不同點:
異步操作無須額外的線程負(fù)擔(dān),并且使用回調(diào)的方式進行處理,在設(shè)計良好的情況下,處理函數(shù)可以不必使用共享變量(即使無法完全不用,最起碼可以減少 共享變量的數(shù)量),減少了死鎖的可能。C#5.0 .NET4.5 以后關(guān)鍵字Async和Await的使用,使得異步編程變得異常簡單。
多線程中的處理程序依然是順序執(zhí)行,但是多線程的缺點也同樣明顯,線程的使用(濫用)會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負(fù)擔(dān)。并且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現(xiàn)。
異步應(yīng)用場景及原理
異步主要應(yīng)用于IO操作,數(shù)據(jù)庫訪問,磁盤操作,Socket訪問、HTTP/TCP網(wǎng)絡(luò)通信
原因:對于IO操作并不需要CPU進行過多的計算,這些數(shù)據(jù)主要通過磁盤進行處理,如果進行同步通信無法結(jié)束,需要創(chuàng)建更多的線程資源,線程的數(shù)據(jù)上下文頻繁的切換也是對資源的浪費,針對IO操作不需要單獨的分配一個線程來處理。
舉例說明:
操作:服務(wù)器接收HTTP請求對數(shù)據(jù)庫進行操作然后返回
同步處理請求的線程會被阻塞,異步處理請求的線程不會阻塞。
任務(wù)
在使用任務(wù)之前,針對線程的調(diào)用大多都用線程池提供的靜態(tài)方法QueueUserWorkItem,但是這個函數(shù)有很多的限制,其中最大的問題就是沒有內(nèi)部機制可以讓開發(fā)者知道操作在什么時候完成,也沒有機制在操作完成時獲取返回值,微軟為了解決這個問題引入了任務(wù)的概念。
首先構(gòu)造一個Task<TResult>對象,并為TResult傳遞返回值,開始任務(wù)之后等待它并回去結(jié)果,示例代碼:
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("開始進行計算"); // ThreadPool.QueueUserWorkItem(Sum, 10); Task<int> task = new Task<int>(Sum, 100); task.Start(); //顯示等待獲取結(jié)果 task.Wait(); //調(diào)用Result時,等待返回結(jié)果 Console.WriteLine("程序結(jié)果為 Sum = {0}",task.Result); Console.WriteLine("程序結(jié)束"); Console.ReadLine(); } public static int Sum(object i) { var sum = 0; for (var j = 0; j <= (int) i; j++) { Console.Write("{0} + ",sum); sum += j; } Console.WriteLine( " = {0}",sum); return sum; }
除了wait等待單個任務(wù)外,task還提供了等待多個任務(wù),WaitAny和WaitAll,它阻止調(diào)用線程,直到數(shù)組中所有的Task對象完成。
取消任務(wù)
任務(wù)的取消同樣使用的是.NET Framework的標(biāo)準(zhǔn)取消操作模式,首先需要創(chuàng)建一個CancellationTokenSource對象,然后在函數(shù)中加入?yún)?shù)CancellationToken,將CancellationTokenSource的Token傳遞給方法,然后調(diào)用IsCancellationRequested獲取是否已經(jīng)取消該值進行判斷。
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("開始進行計算"); // ThreadPool.QueueUserWorkItem(Sum, 10); var ctx = new CancellationTokenSource(); var task = new Task<int>(() => Sum(ctx.Token, 100000)); task.Start(); //顯示等待獲取結(jié)果 //task.Wait(ctx.Token); Thread.Sleep(1000); ctx.Cancel(); //調(diào)用Result時,等待返回結(jié)果 Console.WriteLine("程序結(jié)果為 Sum = {0}", task.Result); Console.WriteLine("程序結(jié)束"); Console.ReadLine(); } public static int Sum(CancellationToken cts, object i) { var sum = 0; for (var j = 0; j <= (int)i; j++) { if (cts.IsCancellationRequested) return sum; Thread.Sleep(50); Console.Write("{0} + ", sum); sum += j; } Console.WriteLine(" = {0}", sum); return sum; }
任務(wù)完成后自動啟動新任務(wù)
實際的開發(fā)應(yīng)用中,經(jīng)常出現(xiàn)一次任務(wù)完成后立刻啟動另外一個任務(wù),并且不能夠使線程阻塞,在任務(wù)尚未完成時調(diào)用result會使程序阻塞,無法查看任務(wù)的執(zhí)行進度,TASK提供了一個方法ContinueWith,它不會阻塞任何線程,當(dāng)?shù)谝粋€任務(wù)完成時,會立即啟動第二個任務(wù)。
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("開始進行計算"); // ThreadPool.QueueUserWorkItem(Sum, 10); var ctx = new CancellationTokenSource(); var task = new Task<int>(() => Sum(ctx.Token, 100000)); task.Start(); var cwt = task.ContinueWith(p => { Console.WriteLine("task result ={0} ",task.Result); }); //顯示等待獲取結(jié)果 //task.Wait(ctx.Token); Thread.Sleep(1000); ctx.Cancel(); //調(diào)用Result時,等待返回結(jié)果 Console.WriteLine("程序結(jié)果為 Sum = {0}", task.Result); Console.WriteLine("程序結(jié)束"); Console.ReadLine(); } public static int Sum(CancellationToken cts, object i) { var sum = 0; for (var j = 0; j <= (int)i; j++) { if (cts.IsCancellationRequested) return sum; Thread.Sleep(50); Console.Write("{0} + ", sum); sum += j; } Console.WriteLine(" = {0}", sum); return sum; }
Async&Await 簡單使用
使用Async&Await的主要目的是方便進行異步操作,因為.net 4.0 以前進行異步操作時比較復(fù)雜的,主要是通過調(diào)用微軟提供的異步回調(diào)方法進行編程,如果遇到需要自己實現(xiàn)的方法顯得非常頭疼,.net的各個版本都有自己主推的技術(shù),像.NET1.1中的委托,.NET2.0中的泛型,.NET3.0中的Linq,.NET4.0中的Dynimac,.net4.5主推的就是異步編程,大家只需要了解TASK+異步函數(shù)就可以實現(xiàn)異步編程。
async:告訴CLR這是一個異步函數(shù)。
await:將Task<TResult>返回值的函數(shù)進行異步處理。
示例目的:獲取網(wǎng)址JS代碼,并在界面顯示。
private static async Task<string> DownloadStringWithRetries(string uri) { using (var client = new HttpClient()) { // 第1 次重試前等1 秒,第2 次等2 秒,第3 次等4 秒。 var nextDelay = TimeSpan.FromSeconds(1); for (int i = 0; i != 3; ++i) { try { return await client.GetStringAsync(uri); } catch { } await Task.Delay(nextDelay); nextDelay = nextDelay + nextDelay; } // 最后重試一次,以便讓調(diào)用者知道出錯信息。 return await client.GetStringAsync(uri); } }
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("獲取百度數(shù)據(jù)"); ExecuteAsync(); Console.WriteLine("線程結(jié)束"); Console.ReadLine(); } public static async void ExecuteAsync() { string text = await DownloadStringWithRetries("http://wwww.baidu.com"); Console.WriteLine(text); }
運行結(jié)果發(fā)現(xiàn),首先獲取百度數(shù)據(jù),線程結(jié)束,最后顯示HTML代碼,這是因為異步開啟了新的線程,并不會造成線程阻塞。
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