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.NET Core 中實現(xiàn)異步編程并提升性能的操作方法

 更新時間：2024年12月19日 14:52:51   作者：亦世凡華、  
在.net core中異步編程主要通過async和await關(guān)鍵字來實現(xiàn),結(jié)合Task類進行異步操作的管理,這篇文章主要介紹了.NET Core 中實現(xiàn)異步編程并提升性能的操作方法,需要的朋友可以參考下

初識異步編程

異步編程：是指在執(zhí)行某些任務時程序可以在等待某個操作完成的過程中繼續(xù)執(zhí)行其他任務，而不是阻塞當前線程，這在處理I/O密集型操作(如文件讀取、數(shù)據(jù)庫查詢、網(wǎng)絡請求等)時尤為重要，能夠顯著提高應用程序的性能和響應能力。

在.net core中異步編程主要通過async和await關(guān)鍵字來實現(xiàn)，結(jié)合Task類進行異步操作的管理：

async：標記方法為異步方法使其能夠包含await表達式

await：在異步方法中用于等待一個異步操作完成，允許方法在等待期間繼續(xù)執(zhí)行其他代碼而不會阻塞線程

異步方法通常返回Task或Task<T> 類型：

Task：表示一個沒有返回值的異步操作

Task<T>：表示一個帶返回值的異步操作，其中T是返回值的類型

        作用意義：在進行項目開發(fā)的時候通常都會遇到異步編程的使用方式，具備的意義如下：

1）提高應用程序響應性：異步編程可以使得應用程序在等待長時間操作(例如網(wǎng)絡請求或文件讀寫)時繼續(xù)處理其他任務而不會卡住主線程，比如在桌面應用或Web應用中用戶界面不會因等待數(shù)據(jù)加載而變得無響應

2）提升性能：傳統(tǒng)的同步編程會阻塞線程直到操作完成，這可能導致線程資源的浪費，特別是在高并發(fā)場景下異步編程允許線程釋放去處理其他任務，避免了線程饑餓問題，最大化利用CPU資源特別是在I/O密集型操作時

3）節(jié)省資源：異步操作不需要為每個操作分配新的線程，因此能夠節(jié)省系統(tǒng)資源，在高并發(fā)情況下異步編程可以顯著減少上下文切換開銷

4）適用于I/O密集型應用：異步編程特別適用于那些需要大量I/O操作的應用，例如網(wǎng)絡請求、磁盤讀取、數(shù)據(jù)庫查詢等。通過異步操作可以避免長時間等待I/O操作而導致的性能瓶頸

接下來我們通過異步方法從指定的URL路徑上下載網(wǎng)頁內(nèi)容，將網(wǎng)頁內(nèi)容保存到本地文件并輸出下載的內(nèi)容的字節(jié)數(shù)，代碼結(jié)果如下所示：

using System;
using System.IO;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;
namespace Program
{
    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            int len = await DownloadHtmlAsync("https://www.baidu.com", @"d:\test\1.txt");
            Console.WriteLine($"Downloaded {len} bytes.");
        }
        static async Task<int> DownloadHtmlAsync(string url, string filename)
        {
            using (HttpClient client = new HttpClient())
            {
                string html = await client.GetStringAsync(url);
                await File.WriteAllTextAsync(filename, html);
                return html.Length;
            }
        }
    }
}

與多線程關(guān)系

異步編程并不等于多線程，這是兩個概念，異步方法的代碼并不會自動在新線程中執(zhí)行，除非把代碼放到新線程中執(zhí)行，以下做一個簡單的演示：

使用異步方法來執(zhí)行長時間運行的計算，通過Thread.CurrentThread.ManagedThreadId輸出當前執(zhí)行線程的ID，可以看到異步方法和線程調(diào)度的關(guān)系如下，這里我們通過計算5000*5000的情況避免執(zhí)行太快：

using System;
using System.IO;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;
namespace Program
{
    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("之前：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            double r = await CalcAsync(5000);
            Console.WriteLine("之后：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        }
        static async Task<double> CalcAsync(int n)
        {
            Console.WriteLine("CalcAsync" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            double result = 0;
            Random rand = new Random();
            for (int i = 1; i <= n*n; i++)
            {
                result += rand.NextDouble();
            }
            return result;
        }
    }
}

那么如何在新的線程中執(zhí)行異步方法呢？這里我們必須手動將異步方法放到新的線程中，這里我們只需要將要執(zhí)行的代碼以委托的形式傳遞給Task.Run()，這樣就會從線程池中取出一個線程來執(zhí)行我們的委托，如下可以看到我們的線程已經(jīng)發(fā)送了變化：

如果一個異步方法只是對別的異步方法調(diào)用轉(zhuǎn)發(fā)，并沒有太多復雜的邏輯，那么就可以去掉異步關(guān)鍵字直接返回Task，如下所示：

對于多線程來講，在await調(diào)用的等待期間.net會把當前的線程返回給線程池，等異步方法調(diào)用執(zhí)行完畢之后，框架會從線程池再取出一個線程執(zhí)行后續(xù)代碼，怎么理解？比如說你進入一家餐館服務器給你遞上一個菜單，在等待你選菜的時候服務你的服務員可能會繼續(xù)服務別人，當你點餐完畢提交給服務員之后，服務你的服務員可能就不是剛剛服務你的人了，就是這么個意思，當然如果異步等待時間極短，線程可能就不會發(fā)送變化：

盡管異步編程和多線程都涉及到并發(fā)執(zhí)行任務，但它們的工作原理和適用場景有所不同，可以把它們看作是兩個不同的工具用于解決不同類型的并發(fā)問題：

異步編程：通過非阻塞的方式執(zhí)行操作，適用于 I/O 密集型任務，能夠節(jié)省線程資源提高應用的響應性。

多線程：通過并行執(zhí)行任務來提高CPU密集型任務的性能，但線程管理復雜可能帶來上下文切換和同步問題。

異步編程與多線程的結(jié)合：異步編程通過減少阻塞來提高效率而多線程通過并行執(zhí)行來加速計算密集型任務，在某些情況下它們可以結(jié)合使用：例如異步任務通過線程池線程執(zhí)行，充分利用多核處理器的計算能力。

異步編程操作

異步等待：如果想在異步方法中暫停一段時間的話，這里可以使用 await Task.Delay()的方式，例如下載一個網(wǎng)址然后等待3秒再下載另一個，注意這里是不能使用Thread.Sleep()方法的，該方法是阻塞線程用的，異步編程并不適用，這里我們演示一下異步等待的效果，如下所示：

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        var input = Console.ReadLine();
        Console.WriteLine(input);
        await Task.Delay(3000);
        Console.WriteLine(input+".net core");
    }
}

異步取消：在異步編程中CancellationToken是用于取消異步操作的一種機制，它提供了一種優(yōu)雅的方式來中止正在進行的操作，當用戶操作可能會長時間運行時，例如下載文件、訪問數(shù)據(jù)庫、調(diào)用遠程API等，CancellationToken用于支持任務的取消操作，示例如下：

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
        cts.CancelAfter(3000);
        CancellationToken cToken = cts.Token;
        await Download1Async("https://www.baidu.com", 100, cToken);
    }
    static async Task Download1Async(string url, int n, CancellationToken token)
    {
        using(HttpClient client = new HttpClient())
        {
            for (int i = 0; i < n; i++)
            {
                string html = await new HttpClient().GetStringAsync(url);
                Console.WriteLine($"{DateTime.Now}:{html}");
                if (token.IsCancellationRequested)
                {
                    Console.WriteLine("超時任務取消");
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

當我們打印數(shù)據(jù)的時候，請求超過5秒還沒有結(jié)束的話我們就手動取消異步操作：

Task類方法：在Task類中有許多方法可以使用，以下是其常用的方法講解：

1）Task.WhenAny()：任何一個Task完成，Task就完成

2）Task.WhenAll()：所有Task完成Task才完成，用于等待多個任務執(zhí)行結(jié)束不在乎順序

3）Task.FromResult()：創(chuàng)建普通數(shù)值的Task對象

如下我們可同WhenAll拿到所有文件的數(shù)據(jù)：

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        Task<string> t1 = File.ReadAllTextAsync(@"d:\test\1.txt");
        Task<string> t2 = File.ReadAllTextAsync(@"d:\test\2.txt");
        Task<string> t3 = File.ReadAllTextAsync(@"d:\test\3.txt");
        string[] result = await Task.WhenAll(t1, t2, t3);
    } 
}

到此這篇關(guān)于如何在 .NET Core 中輕松實現(xiàn)異步編程并提升性能的文章就介紹到這了,更多相關(guān) .NET Core異步編程內(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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