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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