C#中異步是4種實現方式詳解
前言
微信群里的一個提問引發(fā)的這個問題，有同學問：C#異步有多少種實現方式？想要知道C#異步有多少種實現方式，首先我們要知道.NET提供的執(zhí)行異步操作的三種模式，然后再去了解C#異步實現的方式。
.NET異步編程模式
.NET 提供了執(zhí)行異步操作的三種模式：
基于任務的異步模式 (TAP) ，該模式使用單一方法表示異步操作的開始和完成。TAP 是在 .NET Framework 4 中引入的。 這是在 .NET 中進行異步編程的推薦方法。C# 中的 async 和 await 關鍵詞以及 Visual Basic 中的 Async 和 Await 運算符為 TAP 添加了語言支持。有關詳細信息，請參閱基于任務的異步模式 (TAP)。
基于事件的異步模式 (EAP)，是提供異步行為的基于事件的舊模型。這種模式需要后綴為 Async 的方法，以及一個或多個事件、事件處理程序委托類型和 EventArg 派生類型。EAP 是在 .NET Framework 2.0 中引入的。建議新開發(fā)中不再使用這種模式。有關詳細信息，請參閱基于事件的異步模式 (EAP)。
異步編程模型 (APM) 模式（也稱為 IAsyncResult 模式），這是使用 IAsyncResult 接口提供異步行為的舊模型。在這種模式下，同步操作需要 Begin 和 End 方法（例如，BeginWrite 和 EndWrite以實現異步寫入操作）。不建議新的開發(fā)使用此模式。有關詳細信息，請參閱異步編程模型 (APM)。
C#異步四種實現方式
1、異步方法（Async Method TAP模式）
使用async/await關鍵字實現異步編程，這是比較常用的一種異步實現方式。例如：
public async Task TestDoSomeAsync()
{
await Task.Delay(1000*10);
Console.WriteLine("Async method completed.");
}
2、任務并行庫（TPL, Task Parallel Library TAP模式）
通過 Task 和 Task<T> 類型實現異步編程，可以利用多核處理器，并發(fā)執(zhí)行多個獨立的任務。例如：
public static void TestTaskParallel()
{
var task1 = Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("Task 1 completed.");
});
var task2 = Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("Task 2 completed.");
});
Task<int> task3 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task 3 completed.");
return 20;// 返回一個整數值
});
//等待所有任務完成
Task.WaitAll(task1, task2, task3);
}
3、Asynchronous Programming Model（APM模式）
是一種經典的異步編程模式，需要手動創(chuàng)建回調函數，用于處理完成或錯誤的通知?？梢酝ㄟ^ IAsyncResult 設計模式的 Begin 和 End 方法來實現，其中 Begin 方法開始異步操作，而 End 方法在異步操作完成時執(zhí)行，并返回異步操作的結果。
需要注意的是，APM 模式通過 IAsyncResult 接口來存儲異步操作的狀態(tài)和結果，相對比較復雜，代碼量也較大。同時，在使用 APM 模式時，還需要手動處理回調函數和等待異步操作完成等細節(jié)工作，使得開發(fā)起來相對較為繁瑣。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創(chuàng)建異步操作類實例
MyAsyncClass asyncClass = new MyAsyncClass();
// 開始異步操作
IAsyncResult result = asyncClass.BeginDoWork(null, null);
// 主線程執(zhí)行其他操作
// 等待異步操作完成并獲取結果
int res = asyncClass.EndDoWork(result);
// 處理異步操作的結果
Console.WriteLine("Result: " + res);
Console.ReadLine();
}
}
class MyAsyncClass
{
/// <summary>
/// 異步執(zhí)行的方法
/// </summary>
/// <param name="callback">callback</param>
/// <param name="state">state</param>
/// <returns></returns>
public IAsyncResult BeginDoWork(AsyncCallback callback, object state)
{
// 創(chuàng)建一個新的異步操作對象
MyAsyncResult result = new MyAsyncResult(state);
// 開始異步操作
Thread thread = new Thread(() =>
{
try
{
// 執(zhí)行一些操作
int res = 1 + 2;
// 設置異步操作的結果
result.Result = res;
// 觸發(fā)回調函數
callback?.Invoke(result);
}
catch (Exception ex)
{
// 設置異步操作的異常
result.Error = ex;
// 觸發(fā)回調函數
callback?.Invoke(result);
}
});
thread.Start();
// 返回異步操作對象
return result;
}
/// <summary>
/// 結束異步執(zhí)行的方法
/// </summary>
/// <param name="result">result</param>
/// <returns></returns>
public int EndDoWork(IAsyncResult result)
{
// 將 IAsyncResult 轉換為 MyAsyncResult 類型，并等待異步操作完成
MyAsyncResult myResult = (MyAsyncResult)result;
myResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();
// 在異步操作中拋出異常
if (myResult.Error != null)
{
throw myResult.Error;
}
// 返回異步操作的結果
return myResult.Result;
}
}
class MyAsyncResult : IAsyncResult
{
public bool IsCompleted => AsyncWaitHandle.WaitOne(0);
public WaitHandle AsyncWaitHandle { get; } = new ManualResetEvent(false);
public object AsyncState { get; }
public bool CompletedSynchronously => false;
public int Result { get; set; }
/// <summary>
/// 存儲異步操作的結果或異常信息
/// </summary>
public Exception Error { get; set; }
/// <summary>
/// 構造函數
/// </summary>
/// <param name="asyncState">asyncState</param>
public MyAsyncResult(object asyncState)
{
AsyncState = asyncState;
}
}
4、Event-based Asynchronous Pattern（EAP模式）
一種已過時的異步編程模式，需要使用事件來實現異步編程。例如：
需要注意的是，EAP 模式通過事件來實現異步編程，相對于 APM 模式更加簡潔易懂，同時也避免了手動處理回調函數等細節(jié)工作。但是，EAP 模式并不支持 async/await 異步關鍵字，因此在一些特定的場景下可能不夠靈活。
public class MyAsyncClass : Component
{
/// <summary>
/// 聲明一個委托類型，用于定義異步操作的方法簽名
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
public delegate int MyAsyncDelegate(int arg);
/// <summary>
/// 聲明一個事件，用于通知異步操作的完成
/// </summary>
public event MyAsyncDelegate OperationNameCompleted;
/// <summary>
/// 異步執(zhí)行方法，接受一個參數 arg
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
public void DoWorkAsync(int arg)
{
// 將異步操作放入線程池中執(zhí)行
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(DoWork), arg);
}
/// <summary>
/// 真正的異步操作
/// </summary>
/// <param name="obj"></param>
private void DoWork(object obj)
{
int arg = (int)obj;
int res = arg + 1;
// 觸發(fā)事件，傳遞異步操作的結果
OperationNameCompleted?.Invoke(res);
}
}
使用總結
綜合上面三種執(zhí)行異步操作的模式而言，得出以下結論：TAP適合簡單的并行場景，EAP更適合清晰的控制有來有往的多端異步場景，APM更適合控制求解復雜結構的返回值的場景。各有各種方便的地方，也各有表達困難的地方，有的方法看著麻煩，但是思路清晰，便于調試。有的辦法看似簡單，結合交互通信就讓人費解。不是說新的就一定好，合適的方法才是最好的。
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