C# 通過(guò)同步和異步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化做早餐的時(shí)間
概述
一天之計(jì)在于晨，每天的早餐也是必不可少，但是很多人為了節(jié)約時(shí)間，都是簡(jiǎn)單的吃點(diǎn)湊合一下或干脆不吃早餐，這對(duì)于個(gè)人身體和工作效率來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是不合理的，那么要如何做一頓早餐呢？如何能節(jié)約做早餐的時(shí)間呢？本文以一個(gè)簡(jiǎn)單的小例子，簡(jiǎn)述如何做一頓早餐及如何優(yōu)化做早餐的時(shí)間。僅供學(xué)習(xí)分享使用，如有不足之處，還請(qǐng)指正。
正常情況下，做早餐可以分為以下幾個(gè)步驟：
- 倒一杯咖啡。
- 加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。
- 煎三片培根。
- 烤兩片面包。
- 在烤面包上加黃油和果醬。
- 倒一杯橙汁。
同步方式做早餐
根據(jù)以上步驟進(jìn)行編程，做一份早餐需要編寫(xiě)程序如下：
/// <summary>
/// 同步做早餐
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btnBreakfast_Click(object sender, EventArgs e)
{
this.txtInfo.Clear();
Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
watch.Start();
//1. 倒一杯咖啡。
string cup = PourCoffee();
PrintInfo("咖啡沖好了");
//2. 加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。
string eggs = FryEggs(2);
PrintInfo("雞蛋煎好了");
//3. 煎三片培根。
string bacon = FryBacon(3);
PrintInfo("培根煎好了");
//4. 烤兩片面包。
string toast = ToastBread(2);
//5. 在烤面包上加黃油和果醬。
ApplyButter(toast);
ApplyJam(toast);
PrintInfo("面包烤好了");
//6. 倒一杯橙汁。
string oj = PourOJ();
PrintInfo("橙汁倒好了");
PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");
watch.Stop();
TimeSpan time = watch.Elapsed;
PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒", time.TotalSeconds.ToString("0.00")));
}
/// <summary>
/// 倒一杯咖啡
/// </summary>
/// <returns></returns>
private string PourCoffee()
{
PrintInfo("正在沖咖啡...");
return "咖啡";
}
/// <summary>
/// 抹果醬
/// </summary>
/// <param name="toast"></param>
private void ApplyJam(string toast) =>
PrintInfo("往面包抹果醬");
/// <summary>
/// 抹黃油
/// </summary>
/// <param name="toast"></param>
private void ApplyButter(string toast) =>
PrintInfo("往面包抹黃油");
/// <summary>
/// 烤面包
/// </summary>
/// <param name="slices"></param>
/// <returns></returns>
private string ToastBread(int slices)
{
for (int slice = 0; slice < slices; slice++)
{
PrintInfo("往烤箱里面放面包");
}
PrintInfo("開(kāi)始烤...");
Task.Delay(3000).Wait();
PrintInfo("從烤箱取出面包");
return "烤面包";
}
/// <summary>
/// 煎培根
/// </summary>
/// <param name="slices"></param>
/// <returns></returns>
private string FryBacon(int slices)
{
PrintInfo($"放 {slices} 片培根在平底鍋");
PrintInfo("煎第一片培根...");
Task.Delay(3000).Wait();
for (int slice = 0; slice < slices; slice++)
{
PrintInfo("翻轉(zhuǎn)培根");
}
PrintInfo("煎第二片培根...");
Task.Delay(3000).Wait();
PrintInfo("把培根放盤子里");
return "煎培根";
}
/// <summary>
/// 煎雞蛋
/// </summary>
/// <param name="howMany"></param>
/// <returns></returns>
private string FryEggs(int howMany)
{
PrintInfo("加熱平底鍋...");
Task.Delay(3000).Wait();
PrintInfo($"磕開(kāi) {howMany} 個(gè)雞蛋");
PrintInfo("煎雞蛋 ...");
Task.Delay(3000).Wait();
PrintInfo("雞蛋放盤子里");
return "煎雞蛋";
}
/// <summary>
/// 倒橙汁
/// </summary>
/// <returns></returns>
private string PourOJ()
{
PrintInfo("倒一杯橙汁");
return "橙汁";
}
同步做早餐示例
通過(guò)運(yùn)行示例，發(fā)現(xiàn)采用同步方式進(jìn)行編程，做一份早餐，共計(jì)15秒鐘，且在此15秒鐘時(shí)間內(nèi)，程序處于【卡住】狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行其他操作。如下所示：
同步做早餐示意圖
同步方式做早餐，就是一個(gè)做完，再進(jìn)行下一個(gè)，順序執(zhí)行，如下所示：
同步方式為何會(huì)【卡住】？
因?yàn)樵诔绦蜻M(jìn)程中，會(huì)有一個(gè)主線程，用于響應(yīng)用戶的操作，同步方式下，做早餐的和前端頁(yè)面同在主線程中，所以當(dāng)開(kāi)始做早餐時(shí)，就不能響應(yīng)其他的操作了。這就是【兩耳不聞窗外事，一心只讀圣賢書(shū)】的境界。但如果讓用戶長(zhǎng)時(shí)間處于等待狀態(tài)，會(huì)讓用戶體驗(yàn)很不友好。比如，劉玄德三顧茅廬，大雪紛飛之下，諸葛亮在草廬中午睡，劉關(guān)張?jiān)诖笱┲徐o等。試問(wèn)有幾人會(huì)有玄德的耐心，何況程序也不是諸葛亮，用戶也沒(méi)有玄德的耐心！
異步方式做早餐
上述代碼演示了不正確的實(shí)踐：構(gòu)造同步代碼來(lái)執(zhí)行異步操作。 顧名思義，此代碼將阻止執(zhí)行這段代碼的線程執(zhí)行任何其他操作。 在任何任務(wù)進(jìn)行過(guò)程中，此代碼也不會(huì)被中斷。 就如同你將面包放進(jìn)烤面包機(jī)后盯著此烤面包機(jī)一樣。 你會(huì)無(wú)視任何跟你說(shuō)話的人，直到面包彈出。如何做才能避免線程阻塞呢？答案就是異步。 await 關(guān)鍵字提供了一種非阻塞方式來(lái)啟動(dòng)任務(wù)，然后在此任務(wù)完成時(shí)繼續(xù)執(zhí)行。
首先更新代碼，對(duì)于耗時(shí)的程序，采用異步方式做早餐，如下所示：
private async void btnBreakfastAsync_Click(object sender, EventArgs e)
{
this.txtInfo.Clear();
Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
watch.Start();
//1. 倒一杯咖啡。
string cup = PourCoffee();
PrintInfo("咖啡沖好了");
//2. 加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。
//Task<string> eggs = FryEggsAsync(2);
string eggs =await FryEggsAsync(2);
PrintInfo("雞蛋煎好了");
//3. 煎三片培根。
string bacon =await FryBaconAsync(3);
PrintInfo("培根煎好了");
//4. 烤兩片面包。
string toast =await ToastBreadAsync(2);
//5. 在烤面包上加黃油和果醬。
ApplyButter(toast);
ApplyJam(toast);
PrintInfo("面包烤好了");
//6. 倒一杯橙汁。
string oj = PourOJ();
PrintInfo("橙汁倒好了");
PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");
watch.Stop();
TimeSpan time = watch.Elapsed;
PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒", time.TotalSeconds.ToString("0.00")));
}
/// <summary>
/// 異步烤面包
/// </summary>
/// <param name="slices"></param>
/// <returns></returns>
private async Task<string> ToastBreadAsync(int slices)
{
for (int slice = 0; slice < slices; slice++)
{
PrintInfo("往烤箱里面放面包");
}
PrintInfo("開(kāi)始烤...");
await Task.Delay(3000);
PrintInfo("從烤箱取出面包");
return "烤面包";
}
/// <summary>
/// 異步煎培根
/// </summary>
/// <param name="slices"></param>
/// <returns></returns>
private async Task<string> FryBaconAsync(int slices)
{
PrintInfo($"放 {slices} 片培根在平底鍋");
PrintInfo("煎第一片培根...");
await Task.Delay(3000);
for (int slice = 0; slice < slices; slice++)
{
PrintInfo("翻轉(zhuǎn)培根");
}
PrintInfo("煎第二片培根...");
await Task.Delay(3000);
PrintInfo("把培根放盤子里");
return "煎培根";
}
/// <summary>
/// 異步煎雞蛋
/// </summary>
/// <param name="howMany"></param>
/// <returns></returns>
private async Task<string> FryEggsAsync(int howMany)
{
PrintInfo("加熱平底鍋...");
await Task.Delay(3000);
PrintInfo($"磕開(kāi) {howMany} 個(gè)雞蛋");
PrintInfo("煎雞蛋 ...");
await Task.Delay(3000);
PrintInfo("雞蛋放盤子里");
return "煎雞蛋";
}
注意：通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，異步方式和同步方式的執(zhí)行時(shí)間一致，所以采用異步方式并不會(huì)縮短時(shí)間，但是程序已不再阻塞，可以同時(shí)響應(yīng)用戶的其他請(qǐng)求。
優(yōu)化異步做早餐
通過(guò)上述異步方式，雖然優(yōu)化了程序，不再阻塞，但是時(shí)間并沒(méi)有縮短，那么要如何優(yōu)化程序來(lái)縮短時(shí)間，以便早早的吃上可口的早餐呢？答案就是在開(kāi)始一個(gè)任務(wù)后，在等待任務(wù)完成時(shí)，可以繼續(xù)進(jìn)行準(zhǔn)備其他的任務(wù)。 你也幾乎將在同一時(shí)間完成所有工作。 你將吃到一頓熱氣騰騰的早餐。通過(guò)合并任務(wù)和調(diào)整任務(wù)的順序，將大大節(jié)約任務(wù)的完成時(shí)間，如下所示：
/// <summary>
/// 優(yōu)化異步做早餐
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private async void btnBreakfast2_Click(object sender, EventArgs e)
{
this.txtInfo.Clear();
Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
watch.Start();
//1. 倒一杯咖啡。
string cup = PourCoffee();
PrintInfo("咖啡沖好了");
//2. 加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。
Task<string> eggsTask = FryEggsAsync(2);
//3. 煎三片培根。
Task<string> baconTask = FryBaconAsync(3);
//4.5合起來(lái) 烤面包，抹果醬，黃油
Task<string> toastTask = MakeToastWithButterAndJamAsync(2);
string eggs = await eggsTask;
PrintInfo("雞蛋煎好了");
string bacon = await baconTask;
PrintInfo("培根煎好了");
string toast = await toastTask;
PrintInfo("面包烤好了");
//6. 倒一杯橙汁。
string oj = PourOJ();
PrintInfo("橙汁倒好了");
PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");
watch.Stop();
TimeSpan time = watch.Elapsed;
PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒", time.TotalSeconds.ToString("0.00")));
}
/// <summary>
/// 組合任務(wù)
/// </summary>
/// <param name="number"></param>
/// <returns></returns>
private async Task<string> MakeToastWithButterAndJamAsync(int number)
{
var toast = await ToastBreadAsync(number);
ApplyButter(toast);
ApplyJam(toast);
return toast;
}
在本例中，合并了【烤面包+抹果醬+抹黃油】為一個(gè)任務(wù)，這樣是烤面包的同時(shí)，可以煎雞蛋，煎培根，三項(xiàng)耗時(shí)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行。在三個(gè)任務(wù)都完成是，早餐也就做好了，示例如下所示：
通過(guò)以上優(yōu)化示例發(fā)現(xiàn)，通過(guò)合并任務(wù)和調(diào)整順序，做一份早餐，需要6.06秒。
優(yōu)化異步早餐示意圖
優(yōu)化后的異步做早餐，由于一些任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，因此節(jié)約了時(shí)間。示意圖如下所示：
異步異常
上述示例假定所有的任務(wù)都可以正常完成，那么如果某一個(gè)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生了異常，要如何捕獲呢？答案是：當(dāng)任務(wù)無(wú)法成功完成時(shí)，它們將引發(fā)異常。 當(dāng)啟動(dòng)的任務(wù)為 awaited 時(shí)，客戶端代碼可捕獲這些異常。
例如當(dāng)烤面包的時(shí)候，烤箱突然著火了，如何處理異常呢？代碼如下所示：
private async void btnBreakfastAsync3_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
this.txtInfo.Clear();
Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
watch.Start();
//1. 倒一杯咖啡。
string cup = PourCoffee();
PrintInfo("咖啡沖好了");
//2. 加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。
Task<string> eggsTask = FryEggsAsync(2);
//3. 煎三片培根。
Task<string> baconTask = FryBaconAsync(3);
//4.5合起來(lái) 烤面包，抹果醬，黃油
Task<string> toastTask = MakeToastWithButterAndJamAsyncEx(2);
string eggs = await eggsTask;
PrintInfo("雞蛋煎好了");
string bacon = await baconTask;
PrintInfo("培根煎好了");
string toast = await toastTask;
PrintInfo("面包烤好了");
//6. 倒一杯橙汁。
string oj = PourOJ();
PrintInfo("橙汁倒好了");
PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");
watch.Stop();
TimeSpan time = watch.Elapsed;
PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒", time.TotalSeconds.ToString("0.00")));
}
catch (AggregateException ex) {
PrintInfo("線程內(nèi)部異常");
PrintInfo(ex.StackTrace);
}
catch (Exception ex)
{
PrintInfo("其他異常");
PrintInfo(ex.Message);
}
}
/// <summary>
/// 組合任務(wù)
/// </summary>
/// <param name="number"></param>
/// <returns></returns>
private async Task<string> MakeToastWithButterAndJamAsyncEx(int number)
{
var toast = await ToastBreadAsyncEx(number);
ApplyButter(toast);
ApplyJam(toast);
return toast;
}
/// <summary>
/// 異步烤面包異常
/// </summary>
/// <param name="slices"></param>
/// <returns></returns>
private async Task<string> ToastBreadAsyncEx(int slices)
{
for (int slice = 0; slice < slices; slice++)
{
PrintInfo("往烤箱里面放面包");
}
PrintInfo("開(kāi)始烤...");
await Task.Delay(2000);
PrintInfo("著火了! 面包糊了!");
int a = 1, b = 0;
int i = a / b;//制造一個(gè)異常
//throw new InvalidOperationException("烤箱著火了！");
await Task.Delay(1000);
PrintInfo("從烤箱取出面包");
return "烤面包";
}
異步任務(wù)異常示例
請(qǐng)注意，從烤面包機(jī)著火到發(fā)現(xiàn)異常，有相當(dāng)多的任務(wù)要完成。 當(dāng)異步運(yùn)行的任務(wù)引發(fā)異常時(shí)，該任務(wù)出錯(cuò)。 Task 對(duì)象包含 Task.Exception 屬性中引發(fā)的異常。 出錯(cuò)的任務(wù)在等待時(shí)引發(fā)異常。
需要理解兩個(gè)重要機(jī)制：異常在出錯(cuò)的任務(wù)中的存儲(chǔ)方式，以及在代碼等待出錯(cuò)的任務(wù)時(shí)解包并重新引發(fā)異常的方式。
當(dāng)異步運(yùn)行的代碼引發(fā)異常時(shí)，該異常存儲(chǔ)在 Task 中。 Task.Exception 屬性為 System.AggregateException，因?yàn)楫惒焦ぷ髌陂g可能會(huì)引發(fā)多個(gè)異常。 引發(fā)的任何異常都將添加到 AggregateException.InnerExceptions 集合中。 如果該 Exception 屬性為 NULL，則將創(chuàng)建一個(gè)新的 AggregateException 且引發(fā)的異常是該集合中的第一項(xiàng)。
對(duì)于出錯(cuò)的任務(wù)，最常見(jiàn)的情況是 Exception 屬性只包含一個(gè)異常。 當(dāng)代碼 awaits 出錯(cuò)的任務(wù)時(shí)，將重新引發(fā) AggregateException.InnerExceptions 集合中的第一個(gè)異常。 因此，此示例的輸出顯示 InvalidOperationException 而不是 AggregateException。 提取第一個(gè)內(nèi)部異常使得使用異步方法與使用其對(duì)應(yīng)的同步方法盡可能相似。 當(dāng)你的場(chǎng)景可能生成多個(gè)異常時(shí)，可在代碼中檢查 Exception 屬性。
高效的等待
通過(guò)以上示例，需要等待很多任務(wù)完成，然后早餐才算做好，那么如何才能高效優(yōu)雅的等待呢？可以通過(guò)使用 Task 類的方法改進(jìn)上述代碼末尾的一系列 await 語(yǔ)句。其中一個(gè) API 是 WhenAll，它將返回一個(gè)其參數(shù)列表中的所有任務(wù)都已完成時(shí)才完成的 Task，如下所示：
private async void btnBreakfastAsync4_Click(object sender, EventArgs e)
{
this.txtInfo.Clear();
Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
watch.Start();
//1. 倒一杯咖啡。
string cup = PourCoffee();
PrintInfo("咖啡沖好了");
//2. 加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。
Task<string> eggsTask = FryEggsAsync(2);
//3. 煎三片培根。
Task<string> baconTask = FryBaconAsync(3);
//4.5合起來(lái) 烤面包，抹果醬，黃油
Task<string> toastTask = MakeToastWithButterAndJamAsync(2);
//等待任務(wù)完成
await Task.WhenAll(eggsTask, baconTask, toastTask);
PrintInfo("雞蛋煎好了");
PrintInfo("培根煎好了");
PrintInfo("面包烤好了");
//6. 倒一杯橙汁。
string oj = PourOJ();
PrintInfo("橙汁倒好了");
PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");
watch.Stop();
TimeSpan time = watch.Elapsed;
PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒", time.TotalSeconds.ToString("0.00")));
}
另一種選擇是使用 WhenAny，它將返回一個(gè)當(dāng)其參數(shù)完成時(shí)才完成的 Task<Task>。如下所示：
private async void btnBreakfastAsync5_Click(object sender, EventArgs e)
{
this.txtInfo.Clear();
Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
watch.Start();
//1. 倒一杯咖啡。
string cup = PourCoffee();
PrintInfo("咖啡沖好了");
//2. 加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。
Task<string> eggsTask = FryEggsAsync(2);
//3. 煎三片培根。
Task<string> baconTask = FryBaconAsync(3);
//4.5合起來(lái) 烤面包，抹果醬，黃油
Task<string> toastTask = MakeToastWithButterAndJamAsync(2);
//等待任務(wù)完成
var breakfastTasks = new List<Task> { eggsTask, baconTask, toastTask };
while (breakfastTasks.Count > 0)
{
Task finishedTask = await Task.WhenAny(breakfastTasks);
if (finishedTask == eggsTask)
{
PrintInfo("雞蛋煎好了");
}
else if (finishedTask == baconTask)
{
PrintInfo("培根煎好了");
}
else if (finishedTask == toastTask)
{
PrintInfo("面包烤好了");
}
breakfastTasks.Remove(finishedTask);
}
//6. 倒一杯橙汁。
string oj = PourOJ();
PrintInfo("橙汁倒好了");
PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");
watch.Stop();
TimeSpan time = watch.Elapsed;
PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒", time.TotalSeconds.ToString("0.00")));
}
這就是由同步到異步再到優(yōu)化異步任務(wù)的逐步過(guò)程
以上就是C# 通過(guò)同步和異步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化做早餐的時(shí)間的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C# 同步 異步的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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