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C#使用async和await實(shí)現(xiàn)異步編程

 更新時(shí)間：2022年07月12日 17:00:33   作者：奮斗的大橙子  
本文詳細(xì)講解了C#使用async和await實(shí)現(xiàn)異步編程的方法，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

最近在寫程序的時(shí)候，經(jīng)常遇到大量需要異步訪問的情況，但是對(duì)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(shí)間主要花在了兩次請(qǐng)求外部地址上，計(jì)算長(zhǎng)度并不費(fèi)時(shí)，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(duì)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(qǐng)求返回的時(shí)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(gè)特性的由三個(gè)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(gè)線程也可能不在一個(gè)線程）執(zhí)行其任務(wù)的時(shí)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(gè)異步方法可以包含任意多個(gè)await表達(dá)式，如果一個(gè)都不包含編譯器會(huì)發(fā)出警告

舉例說明一個(gè)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(jiǎn)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(shí)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(gè)或者多個(gè)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(duì)象標(biāo)識(shí)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(duì)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(gè)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(shí)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(gè)值，但需要檢查異步方法的狀態(tài)，可以返回一個(gè)Task，此時(shí)就算異步方法中出現(xiàn)了return語句，也不會(huì)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(shí)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(gè)部分，如下圖所示：

  • ①首先是第一個(gè)await之前的部分，這部分應(yīng)該是少量且無需長(zhǎng)時(shí)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(gè)await表達(dá)式，第二個(gè)await和之前的同步部分和第一個(gè)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(gè)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(shí)候，會(huì)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(gè)Task對(duì)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(gè)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(duì)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(duì)象屬性，還要設(shè)置Task對(duì)象的Return屬性。

  　　這個(gè)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(huì)從異步方法獲取Task對(duì)象。當(dāng)需要其實(shí)際值的時(shí)候，就引用Task對(duì)象中的Result屬性。屆時(shí)，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(gè)異步執(zhí)行的任務(wù)。語法由 await關(guān)鍵字 + 一個(gè)空閑對(duì)象(稱為任務(wù))組成。這個(gè)任務(wù)可能是一個(gè)Task對(duì)象，也可以不是，默認(rèn)情況下由該線程異步執(zhí)行。

一個(gè)空閑對(duì)象 指的是一個(gè)awaitable類型的實(shí)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(gè)稱為awaiter類型的對(duì)象。

一個(gè)awaiter對(duì)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(gè)awaiter對(duì)象，使用.net 自己的Task就可以了。最簡(jiǎn)單的方法就是使用Task.Run()來返回一個(gè)Task對(duì)象。關(guān)于Task.Run()有一個(gè)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(gè)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(duì)于調(diào)用函數(shù)，返回的Task狀態(tài)依然為 RanToCompletion 。

為什么這個(gè)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(duì)于單個(gè)Task ，可以通過task對(duì)象的wait()方法來進(jìn)行等待。

Task<int> t = CountCharactersAsync("http://www.163.com");
t.Wait();

對(duì)于多個(gè)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(gè)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(shí)候，我們?cè)谝粋€(gè)異步方法中也會(huì)存在多個(gè)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(shí)現(xiàn)。 這兩個(gè)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(shí)，但是 Thread.Sleep會(huì)阻塞線程。而Task.Delay則不會(huì)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(shí)現(xiàn)異步編程的文章就介紹到這了。希望對(duì)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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