C#使用async和await實現(xiàn)異步編程
最近在寫程序的時候，經(jīng)常遇到大量需要異步訪問的情況，但是對于async和await到底怎么寫，還不是非常明確。
1.普通的程序怎么寫？
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
MyDownLoadString ds = new MyDownLoadString();
ds.DoRun();
Console.ReadKey();
}
class MyDownLoadString
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
public void DoRun()
{
const int LargeNumber = 6000000;
sw.Start();
int t1 = CountCharacters(1, "http://www.microsoft.com");
int t2 = CountCharacters(2, "http://www.illustratedcsharp.com");
CountToALargeNumber(1, LargeNumber);
CountToALargeNumber(2, LargeNumber);
CountToALargeNumber(3, LargeNumber);
CountToALargeNumber(4, LargeNumber);
Console.WriteLine("Chars in Call1:{0}",t1);
Console.WriteLine("Chars in Call1:{0}",t2);
}
private int CountCharacters(int id, string uriString)
{
WebClient wc1 = new WebClient();
Console.WriteLine("Call {0} start: {1:N0}ms ", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
string result = wc1.DownloadString(new Uri(uriString));
Console.WriteLine("Call {0} completed: {1:N0}ms", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
return result.Length;
}
private void CountToALargeNumber(int id, int value)
{
for (long i = 0; i < value; i++) ;
Console.WriteLine("End CountToALargeNumber {0} : {1:N0}ms", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
}
}
}結(jié)果：
Call 1 start: 1ms
Call 1 completed: 903ms
Call 2 start: 903ms
Call 2 completed: 1,355ms
End CountToALargeNumber 1 : 1,375ms
End CountToALargeNumber 2 : 1,399ms
End CountToALargeNumber 3 : 1,417ms
End CountToALargeNumber 4 : 1,435ms
Chars in Call1:161702
Chars in Call1:5164
從運(yùn)行結(jié)果可以看到，同步執(zhí)行的時間主要花在了兩次請求外部地址上，計算長度并不費(fèi)時，用圖來表示就像下面
2.使用async和await怎么寫？
修改上面代碼，如下
class MyDownLoadString
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
public void DoRun()
{
const int LargeNumber = 6000000;
sw.Start();
// Task<int> 保存結(jié)果對象，后面t1.Result則是獲取結(jié)果
Task<int> t1 = CountCharactersAsync(1, "http://www.microsoft.com");
Task<int> t2 = CountCharactersAsync(2, "http://www.illustratedcsharp.com");
//無需等待CountCharactersAsync執(zhí)行完成
CountToALargeNumber(1, LargeNumber);
CountToALargeNumber(2, LargeNumber);
CountToALargeNumber(3, LargeNumber);
CountToALargeNumber(4, LargeNumber);
//t1.Result獲取結(jié)果
Console.WriteLine("Chars in Call1:{0}",t1.Result);
Console.WriteLine("Chars in Call1:{0}",t2.Result);
}
private async Task<int> CountCharactersAsync(int id, string uriString)
{
WebClient wc = new WebClient();
Console.WriteLine("Call {0} start: {1:N0}ms ", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
string result = await wc.DownloadStringTaskAsync(new Uri(uriString));
Trace.TraceInformation("Taceing Async Call {0} @time:{1:N0}ms", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
Console.WriteLine("Call {0} completed: {1:N0}ms", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
return result.Length;
}
private void CountToALargeNumber(int id, int value)
{
for (long i = 0; i < value; i++) ;
Console.WriteLine("End CountToALargeNumber {0}: {1:N0}ms", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
}
}運(yùn)行結(jié)果：
Call 1 start: 2ms
Call 2 start: 253ms
End CountToALargeNumber 1: 288ms
End CountToALargeNumber 2: 359ms
End CountToALargeNumber 3: 560ms
Call 1 completed: 770ms
End CountToALargeNumber 4: 844ms
Call 2 completed: 887ms
Chars in Call1:162262
Chars in Call2:5164
修改如上面的代碼之后，我們就可以無需等待兩次CountCharactersAsync返回結(jié)果，而是直接調(diào)用了下面的CountToALargeNumber，在CountCharactersAsync請求返回的時候再獲取結(jié)果。
3.async和await的細(xì)節(jié)
async和await可以創(chuàng)建和使用異步方法，這個特性的由三個部分組成：
- ①調(diào)用方法(calling method)：該方法調(diào)用異步方法，然后在異步方法（可能使用同一個線程也可能不在一個線程）執(zhí)行其任務(wù)的時候繼續(xù)執(zhí)行
- ②異步方法（async）: 該方法異步執(zhí)行其工作，然后立即方法到調(diào)用方法
- ③await表達(dá)式：用于異步方法內(nèi)部，指明需要異步執(zhí)行的惹怒我。一個異步方法可以包含任意多個await表達(dá)式，如果一個都不包含編譯器會發(fā)出警告
舉例說明一個async/await方法：
//1.調(diào)用方法
static void Main(string[] args)
{
Task<int> t = DoSumAsync(1, 2);
Console.WriteLine("結(jié)果:{0}", t.Result);
Console.ReadKey();
}
//2.異步方法
public static async Task<int> DoSumAsync(int a, int b)
{
//3.await 表達(dá)式
int sum = await Task.Run(() => { return a + b; });
return sum;
}4.什么是異步方法？
上面簡單舉例了什么是異步方法，下面就詳細(xì)學(xué)習(xí)一下：
異步方法在完成其工作之前返回到調(diào)用方法，并在調(diào)用方法繼續(xù)執(zhí)行的時候完成其工作。語法上有如下特征：
- ① 方法使用async作為修飾符
- ② 方法內(nèi)部包含一個或者多個await表達(dá)式，表示可以異步完成的任務(wù)
- ③ 必須具備以下三種返回類型 void 、Task 、Task<T> ,其中后兩種的返回對象標(biāo)識講座未來完成的工作，調(diào)用方法和異步方法可以繼續(xù)執(zhí)行。
- ④異步方法的參數(shù)可以任意類型，但是不能為out和ref參數(shù)
- ⑤約定俗成，一般異步方法都是以 Async作為后綴的。
- ⑥ 除了方法之外，Lambda表達(dá)式和匿名函數(shù)也可以作為異步對象。
像代碼：
private async Task<int> CountCharactersAsync(int id, string uriString)
{
WebClient wc = new WebClient();
Console.WriteLine("Call {0} start: {1:N0}ms ", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
string result = await wc.DownloadStringTaskAsync(new Uri(uriString));
Trace.TraceInformation("Taceing Async Call {0} @time:{1:N0}ms", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
Console.WriteLine("Call {0} completed: {1:N0}ms", id, sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
return result.Length;
}詳細(xì)說明：
①async關(guān)鍵字是一個上下文關(guān)鍵字，也就是說除了做為方法（lambda和匿名函數(shù)）的修飾符之外，還可以做標(biāo)識符。
②返回類型
- Task類型：如果調(diào)用方法不需要從異步方法中返回某個值，但需要檢查異步方法的狀態(tài)，可以返回一個Task，此時就算異步方法中出現(xiàn)了return語句，也不會返回任何東西。
- Task<T>類型，除了上面Task的功能，還可以通過 Return屬性來獲取返回的T類型的值。
- void類型：如果僅僅是執(zhí)行異步方法，而不需要與它做任何進(jìn)一步的交互（“調(diào)用并忘記”），此時可以用void，和Task一樣，就算有return語句，也得不到任何東西。
5.異步方法的控制流
首先要明確“異步方法”的三個部分，如下圖所示：
- ①首先是第一個await之前的部分，這部分應(yīng)該是少量且無需長時間等待的代碼。
- ②await表達(dá)式，表示需要被異步執(zhí)行的任務(wù)，這里有兩個await表達(dá)式，第二個await和之前的同步部分和第一個await以及之前的部分是一樣的。
- ③后續(xù)部分：在await表達(dá)式之后出現(xiàn)的方法中的其余代碼。
執(zhí)行過程，可以參考下面的圖
有幾個注意的地方：
- ① await之前的部分是同步執(zhí)行的
- ② 當(dāng)達(dá)到awati的時候，會將異步方法的控制返回給調(diào)用方法。如果方法返回的類型是Task或者Task<T>，將創(chuàng)建一個Task對象，表示需異步完成的任務(wù)和后續(xù)，然后將該Task返回到調(diào)用方法。 這里的返回值并不是await表達(dá)式的返回值，而是異步方法中聲明的返回值類型。
- ③ 異步方法內(nèi)部需要完成以下工作：
- 異步執(zhí)行await表達(dá)是的空閑任務(wù)
- 當(dāng)await表達(dá)式執(zhí)行完成之后，執(zhí)行后續(xù)部分。后續(xù)本身也可能是await表達(dá)式，處理過程和上一個一致。
- 后續(xù)部分如果遇到 return 或者 方法達(dá)到末尾，將做如下的事情：
l 如果返回的類型是void,控制流就退出了
l 如果返回的類型是Task，后續(xù)部分設(shè)置Task對象的屬性并退出。
l 如果返回的類型是Task<T>，不僅要設(shè)置Task對象屬性，還要設(shè)置Task對象的Return屬性。
這個點(diǎn)要注意下：并不是遇到return或者達(dá)到方法末尾，就能獲取到返回值，它只是退出了。
- ④ 調(diào)用方法繼續(xù)執(zhí)行，會從異步方法獲取Task對象。當(dāng)需要其實際值的時候，就引用Task對象中的Result屬性。屆時，如果異步方法設(shè)置了該屬性，調(diào)用方法獲取其值并繼續(xù)。否則就等待該屬性被設(shè)置，然后再繼續(xù)執(zhí)行。
6. await表達(dá)式
await表達(dá)式指定了一個異步執(zhí)行的任務(wù)。語法由 await關(guān)鍵字 + 一個空閑對象(稱為任務(wù))組成。這個任務(wù)可能是一個Task對象，也可以不是，默認(rèn)情況下由該線程異步執(zhí)行。
一個空閑對象 指的是一個awaitable類型的實例，awaitable類型是指包含了GetAwaiter方法的類型，方法沒有參數(shù)，返回一個稱為awaiter類型的對象。
一個awaiter對象包含了如下成員：
一般情況下我們不需要自己構(gòu)建一個awaiter對象，使用.net 自己的Task就可以了。最簡單的方法就是使用Task.Run()來返回一個Task對象。關(guān)于Task.Run()有一個非常重要的點(diǎn)，他將在不同的線程上運(yùn)行你的方法。
6.異常處理和await表達(dá)式
先看下面這個例子，直接在異步方法內(nèi)部使用了try..catch。
static void Main(string[] args)
{
Task t = BadAsync();
t.Wait();
Console.WriteLine("Task Status: {0}", t.Status );
Console.WriteLine("Task IsFaulted: {0}", t.IsFaulted );
Console.WriteLine("Please enter a key to exit!");
Console.ReadKey();
}
static async Task BadAsync()
{
try
{
await Task.Run(() => { throw new Exception(); });
}
catch
{
Console.WriteLine("Exception in BadAsync");
}
}執(zhí)行結(jié)果：
Exception in BadAsync
Task Status: RanToCompletion
Task IsFaulted: False
Please enter a key to exit!
從結(jié)果可以看到，雖然在異步方法內(nèi)部進(jìn)行了try..catch，并且也catch到了異常，但是對于調(diào)用函數(shù)，返回的Task狀態(tài)依然為 RanToCompletion 。
為什么這個亞子？，原因如下：
- ① Task沒有被取消掉
- ② 沒有未處理的異常。類似的IsFaulted是false。
7.在調(diào)用方法中同步的等待任務(wù)（WaitAll、WaitAny）
對于單個Task ，可以通過task對象的wait()方法來進(jìn)行等待。
Task<int> t = CountCharactersAsync("http://www.163.com");
t.Wait();對于多個Task，可以使用WaitAll()或者waitAny()方法，進(jìn)行同步。
WaitAll是等待所以的任務(wù)完成才繼續(xù)操作
Task<int> t1 = CountCharactersAsync(1, "http://www.163.com");
Task<int> t2 = CountCharactersAsync(2, "http://www.microsoft.com");
Task<int>[] tasks = new Task<int>[] { t1, t2 };
Task.WaitAll(tasks);WaitAny是只要一個完成就可以繼續(xù)操作
Task<int> t1 = CountCharactersAsync(1, "http://www.163.com");
Task<int> t2 = CountCharactersAsync(2, "http://www.microsoft.com");
Task<int>[] tasks = new Task<int>[] { t1, t2 };
Task.WaitAny(tasks);8.在異步方法中異步的等待任務(wù) （WhenAll、.WhenAny）
上面說明了如何在“調(diào)用方法”中，同步等待Task的完成。 但是有時候，我們在一個異步方法中也會存在多個任務(wù)，想要讓它們通過await表達(dá)式等待。我們可以通過Task.WhenAll() 和 Task.WhenAny() 方法實現(xiàn)。 這兩個方法稱為組合子（combinator）。
private async Task<int> CountCharactersAsync(string site1, string site2)
{
WebClient wc1 = new WebClient();
WebClient wc2 = new WebClient();
Task<string> t1 = wc1.DownloadStringTaskAsync(new Uri(site1));
Task<string> t2 = wc2.DownloadStringTaskAsync(new Uri(site2));
List<Task<string>> tasks = new List<Task<string>>();
tasks.Add(t1);
tasks.Add(t2);
//組合子
await Task.WhenAll(tasks);
//await Task.WhenAny(tasks);
Console.WriteLine(" CCA: T1 {0} Finished", t1.IsCompleted ? "" : "Not");
Console.WriteLine(" CCA: T2 {0} Finished", t2.IsCompleted ? "" : "Not");
return t1.IsCompleted? t1.Result.Length: t2.Result.Length;
}9.使用Task.Delay 暫停線程處理
一般我們都使用Thread.Sleep(xxxx) 進(jìn)行線程的延時，但是 Thread.Sleep會阻塞線程。而Task.Delay則不會阻塞線程，線程可以繼續(xù)處理其他的工作。
class Simple
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
public void DoRun()
{
Console.WriteLine("Caller: Before call");
ShowDelayAsync();
Console.WriteLine("Caller: After call");
}
private async void ShowDelayAsync()
{
sw.Start();
Console.WriteLine(" Before Delay: {0} ", sw.Elapsed.Milliseconds );
await Task.Delay(1000);
Console.WriteLine(" After Delay: {0} ", sw.Elapsed.Milliseconds);
}
}到此這篇關(guān)于C#使用async和await實現(xiàn)異步編程的文章就介紹到這了。希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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