C#異步編程由淺入深(二)之Async/Await的使用

更新時間：2022年03月04日 10:09:59 作者：白煙染黑墨

這篇文章主要介紹了C#異步編程由淺入深(二)之Async/Await的作用,本文通過實例代碼給大家介紹的非常詳細，對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值，需要的朋友可以參考下

考慮到直接講實現(xiàn)一個類Task庫思維有點跳躍,所以本節(jié)主要講解Async/Await的本質(zhì)作用（解決了什么問題），以及Async/Await的工作原理。實現(xiàn)一個類Task的庫則放在后面講。首先回顧一下上篇博客的場景。

 class Program
    {

        public static string GetMessage()
        {
            return Console.ReadLine();
        }
        public static  string TranslateMessage(string msg)
            return msg;
        public static  void DispatherMessage(string msg)
            switch (msg)
            {
                case "MOUSE_MOVE":
                    {
                        OnMOUSE_MOVE(msg);
                        break;
                    }
                case "MOUSE_DOWN":
                        OnMouse_DOWN(msg);
                default:
                    break;
            }
        public static void OnMOUSE_MOVE(string msg)
            Console.WriteLine("開始繪制鼠標形狀");
        public static int Http()
            Thread.Sleep(1000);//模擬網(wǎng)絡(luò)IO延時
            return 1;
        public static void HttpAsync(Action<int> action,Action error)
            //這里我們用另一個線程來實現(xiàn)異步IO，由于Http方法內(nèi)部是通過Sleep來模擬網(wǎng)絡(luò)IO延時的，這里也只能通過另一個線程來實現(xiàn)異步IO
            //但記住，多線程是實現(xiàn)異步IO的一個手段而已，它不是必須的，后面會講到如何通過一個線程來實現(xiàn)異步IO。
            Thread thread = new Thread(() => 
                try
                {
                    int res = Http();
                    action(res);
                }
                catch
                    error();
      
            });
            thread.Start();
        public static Task<int> HttpAsync()
            return Task.Run(() => 
                return Http();
        public static void OnMouse_DOWN(string msg)
            HttpAsync()
                .ContinueWith(t => 
                    if(t.Status == TaskStatus.Faulted)
                    }else if(t.Status == TaskStatus.RanToCompletion)
                        Console.WriteLine(1);
                        //做一些工作
                })
                    if (t.Status == TaskStatus.Faulted)
                    else if (t.Status == TaskStatus.RanToCompletion)
                        Console.WriteLine(2);
                        Console.WriteLine(3);
                });
        static void Main(string[] args)
            while (true)
                string msg = GetMessage();
                if (msg == "quit") return;
                string m = TranslateMessage(msg);
                DispatherMessage(m);
    }

在OnMouse_DOWN這個處理函數(shù)中，我們使用Task的ContinueWith函數(shù)進行鏈式操作，解決了回調(diào)地獄問題，但是總感覺有點那么不爽，我們假想有個關(guān)鍵字await它能實現(xiàn)以下作用：首先await必須是Task類型，必須是Task類型的（其實不是必要條件，后面會講到）原因是保證必須有ContinueWith這個函數(shù)，如果Task沒有返回值，則把await后面的代碼放到Task中的ContinueWith函數(shù)體內(nèi)，如果有返回值，則把Await后的結(jié)果轉(zhuǎn)化為訪問Task.Result屬性，文字說的可能不明白，看下示例代碼

//無返回值轉(zhuǎn)換前
public async void Example()
{
    Task t = Task.Run(() =>
    {
        Thread.Sleep(1000);
    });
    await t;
    //做一些工作
}
//無返回值轉(zhuǎn)換后
public void Example()
    t.ContinueWith(task => 
        //做一些工作

//有返回值轉(zhuǎn)換前
    Task<int> t = Task.Run<int>(() =>
        return 1;
    int res = await t;
    //使用res做一些工作
//有返回值轉(zhuǎn)換后
        //使用task.Result做一些工作

看起來不錯，但至少有以下問題，如下：

該種轉(zhuǎn)換方法不能很好的轉(zhuǎn)換Try/Catch結(jié)構(gòu)
在循環(huán)結(jié)構(gòu)中使用await不好轉(zhuǎn)換
該實現(xiàn)與Task類型緊密聯(lián)系

一二點是我自己認為的，但第三點是可以從擴展async/await這點被證明的。但無論怎樣，async/await只是對方法按照一定的規(guī)則進行了變換而已，它并沒有什么特別之處，具體來講，就是把Await后面要執(zhí)行的代碼放到一個類似ContinueWith的函數(shù)中，在C#中，它是以狀態(tài)機的形式表現(xiàn)的，每個狀態(tài)都對應(yīng)一部分代碼，狀態(tài)機有一個MoveNext()方法，MoveNext()根據(jù)不同的狀態(tài)執(zhí)行不同的代碼，然后每個狀態(tài)部分對應(yīng)的代碼都會設(shè)置下一個狀態(tài)字段，然后把自身的MoveNext()方法放到類似ContinueWith()的函數(shù)中去執(zhí)行，整個狀態(tài)機由回調(diào)函數(shù)推動。我們嘗試手動轉(zhuǎn)換以下async/await方法。

public static Task WorkAsync()
{
    return Task.Run(() => 
    {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine("Done!");
    });
}
public static async void Test()
{
    Console.WriteLine("步驟1");
    await WorkAsync();
    Console.WriteLine("步驟2");
    await WorkAsync();
    Console.WriteLine("步驟3");
}

手動寫一個簡單的狀態(tài)機類

public class TestAsyncStateMachine
    {
        public int _state = 0;
        public void Start() => MoveNext();
        public void MoveNext()
        {
            switch(_state)
            {
                case 0:
                    {
                        goto Step0;
                    }
                case 1:
                        goto Step1;
                default:
                        Console.WriteLine("步驟3");
                        return;
            }

        Step0:
                Console.WriteLine("步驟1");
                _state = 1;
                WorkAsync().ContinueWith(t => this.MoveNext());
                return;
        Step1:
                _state = -1;
                Console.WriteLine("步驟2");
        }
    }

而Test()方法則變成了這樣

public static void Test()
{
    new TestAsyncStateMachine().Start();
}

注意Test()方法返回的是void，這意味這調(diào)用方將不能await Test()。如果返回Task，這個狀態(tài)機類是不能正確處理的，如果要正確處理，那么狀態(tài)機在Start()啟動后，必須返回一個Task，而這個Task在整個狀態(tài)機流轉(zhuǎn)完畢后要變成完成狀態(tài)，以便調(diào)用方在該Task上調(diào)用的ContinueWith得以繼續(xù)執(zhí)行，而就Task這個類而言，它是沒有提供這種方法（內(nèi)部有，但沒有對外暴露）來主動控制Task的狀態(tài)的，這個與JS中的Promise不同，JS里面用Reslove函數(shù)來主動控制Promise的狀態(tài)，并導(dǎo)致在該Promise上面的Then鏈式調(diào)用得以繼續(xù)完成，而在C#里面怎么做呢？既然使用了狀態(tài)機來實現(xiàn)async/await，那么在轉(zhuǎn)換一個返回Task的函數(shù)時肯定會遇到，怎么處理？后面講。
首先解決一下與Task類型緊密聯(lián)系這個問題。
從狀態(tài)機中可以看到，主要使用到了Task中的ContinueWith這個函數(shù)，它的語義是在任務(wù)完成后，執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，通過回調(diào)函數(shù)拿到結(jié)果，這個編程風(fēng)格也叫做CPS（Continuation-Passing-Style, 續(xù)體傳遞風(fēng)格），那么我們能不能把這個函數(shù)給抽象出來呢？語言開發(fā)者當(dāng)然想到了，它被抽象成了一個Awaiter因此編譯器要求await的類型必須要有GetAwaiter方法，什么樣的類型才是Awaiter呢？編譯器規(guī)定主要實現(xiàn)了如下幾個方法的類型就是Awaiter:

必須繼承INotifyCompletion接口，并實現(xiàn)其中的OnCompleted(Action continuation)方法
必須包含IsCompleted屬性
必須包含GetResult()方法

第一點好理解，第二點的作用是熱路徑優(yōu)化，第三點以后講。我們再改造一下我們手動寫的狀態(tài)機。

public class TestAsyncStateMachine
{
    public int _state = 0;
    public void Start() => MoveNext();
    public void MoveNext()
    {
        switch(_state)
        {
            case 0:
                {
                    goto Step0;
                }
            case 1:
                    goto Step1;
            default:
                    Console.WriteLine("步驟3");
                    return;
        }
    Step0:
            Console.WriteLine("步驟1");
            _state = 1;
            TaskAwaiter taskAwaiter;
            taskAwaiter = WorkAsync().GetAwaiter();
            if (taskAwaiter.IsCompleted) goto Step1;
            taskAwaiter.OnCompleted(() => this.MoveNext());
            return;
    Step1:
            _state = -1;
            Console.WriteLine("步驟2");
            if (taskAwaiter.IsCompleted) MoveNext();
    }
}

可以看到去掉了與Task中ContinueWith的耦合關(guān)系，并且如果任務(wù)已經(jīng)完成，則可以直接執(zhí)行下個任務(wù)，避免了無用的開銷。
因此我們可以總結(jié)一下async/await：

async/await只是表示這個方法需要編譯器進行特殊處理，并不代表它本身一定是異步的。
Task類中的GetAwaiter主要是給編譯器用的。

第一點我們可以用以下例子來證明，有興趣的朋友可以自己去驗證以下，以便加深理解。

//該類型包含GetAwaiter方法，且GetAwaiter()返回的類型包含三個必要條件
public class MyAwaiter : INotifyCompletion
{
    public void OnCompleted(Action continuation)
    {
        continuation();
    }

    public bool IsCompleted { get; }
    public void GetResult()
    
    public MyAwaiter GetAwaiter() => new MyAwaiter();
}

一個測試函數(shù)，注意必須返回void

public static async void AwaiterTest()
{
    await new MyAwaiter();
    Console.WriteLine("Done");
}

可以看到這是完全同步進行的。

到此這篇關(guān)于C#異步編程由淺入深(二)之Async/Await的作用.的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C#異步編程Async/Await內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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