C#基礎——談談.NET異步編程的演變史

前言

C#5.0最重要的改進，就是提供了更強大的異步編程。C#5.0僅增加兩個新的關鍵字：async和await。

使用異步編程，方法調用是在后台運行（通常在線程或任務的幫助下），並且不會阻塞調用線程。

本文將介紹3種不同模式的異步編程：異步模式，基於事件的異步模式和新增加的基於任務的異步編程模式（TAP）。TAP是利用async和await關鍵字來實現的。通過這里的比較，將認識到新的增加的基於任務的異步模式的真正優勢。

假設情景：我們需要進行一個耗時操作（這里使用webclient對象下載百度首頁代碼），接下來通過同步以及上面談到的3種異步模式實現。

同步調用

創建一個控制台應用程序：

static void Main(string[] args)
        {
            WebClient client = new WebClient();
            client.Encoding = Encoding.UTF8;
            string resp = client.DownloadString("http://www.baidu.com");
            Console.WriteLine(resp);
            //todo:其他操作
            Console.ReadKey();
        }

運行上述代碼，在執行DownloadString的時候，主線程會被阻塞，如果有用戶界面，那么用戶體驗肯定不好，而DownloadString這個方法的執行速度取決於網速等原因，所以在這種情況下，使用異步調用就非常有必要了。

異步模式

實現異步模式定義BeginXXX方法和EndXXX方法。例如，如果有一個同步方法DownloadString,異步方法將轉化成2個方法BeginDownloadString和EndDownloadString。BeginXXX異步方法接受同步方法的所有輸入參數以及一個AsyncCallback參數（一個委托，在異步方法執行完調用），返回一個IAsyncResult對象，用於驗證調用是否完成，EndXXX異步方法使用同步方法的所有輸出參數，並以同步方法的返回類型來返回結果（簡單來說就是獲取異步執行方法的返回值，如果在異步執行的方法還沒結束，則阻塞主線程直到異步方法執行結束）。

WebClient並沒有異步模式的實現，但是可以用HttpWebRequest類來代替（該類有BeginGetResponse和EndGetResponse）：

static void Main(string[] args)
        {
            HttpWebRequest req = (HttpWebRequest)WebRequest.Create("http://www.baidu.com");
            req.BeginGetResponse(ar =>
            {
                HttpWebResponse resp = (HttpWebResponse)req.EndGetResponse(ar);

                Console.WriteLine(resp.ContentType );
                //todo:其他操作
            }, null);
            Console.WriteLine("這是主線程");
            
            Console.ReadKey();
        }

如果非要用WebClient來實現異步模式，則需要用委托（只給代碼不多做介紹了）：

static void Main(string[] args)
        {
           //定義委托實例
            Func<string, string> downloadString = url =>
            {
                WebClient client = new WebClient();
                client.Encoding = Encoding.UTF8;
              return client.DownloadString(url);
              
            };
            //異步執行委托
            downloadString.BeginInvoke("http://www.baidu.com", ar =>
            {
                string resp = downloadString.EndInvoke(ar);
                Console.WriteLine(resp);
            },null);
            Console.WriteLine("這是主線程");
            
            Console.ReadKey();
        }

異步模式的優勢是使用委托就能實現異步編程。不用改變程序的行為。也不會阻塞界面的操作。但是，使用異步模式的過程是非常復雜的（尤其在winform或wpf中涉及更新界面操作時）。幸運的是，.NET2.0推出了基於事件的異步模式，能很輕松更新界面。

基於事件的異步模式

基於事件的異步模式定義了一個帶有“Async”后綴的方法。例如：對於同步方法DownloadString，WebClient類提供一個異步變體方法DownloadStringAsync。異步方法完成后，不是定義被調用的委托，而是定義事件。當異步方法DownloadStringAsync完成后，會直接調用DownloadStringCompleted事件，實現方式和上面差不多。但這時可以直接訪問界面UI元素。

在這里我們換一個winform項目（界面只包含一個label和一個button），點擊button更新label值：

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
           
            WebClient client = new WebClient();
            client.Encoding = Encoding.UTF8;
            client.DownloadStringCompleted += (sender1, e1) =>
            {
                string resp = e1.Result;
                label1.Text = resp.Substring(10);
            };
            client.DownloadStringAsync(new Uri("http://www.baidu.com"));
              
        }

基於事件的異步模式的優勢在於易於使用。但是，如果在自定義類中實現這個模式，就沒那么簡單了。方法還是有的，可以使用BackgroundWorker類來實現異步調用同步方法。BackgroundWorker類實現了基於事件的異步模式。還有，這種模式與同步方法調用相比，順序顛倒了。調用異步方法之前，需要定義這個方法完成時發生什么。因此，下面進入異步編程的新世界，利用async和await關鍵字。

基於任務的異步模式（推薦使用）

這次先看代碼：

private async  void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
           
            WebClient client = new WebClient();
            client.Encoding = Encoding.UTF8;

          string resp=await client.DownloadStringTaskAsync("http://www.baidu.com");
            label1.Text = resp.Substring(10);

        }

在.NET4.5中，更新了WebClient類，提供了基於任務的異步模式。該模式定義了一個帶有“Async”后綴的方法，並返回一個Task類型。由於WebClient類已經提供了一個帶有“Async”后綴的方法，因此新方法名為DownloadStringTaskAsync。

DownloadStringTaskAsync方法聲明返回Task<string>類型。但是，不需要為DownloadStringTaskAsync方法返回的結果聲明一個Task<string>類型的變量。只要聲明一個string類型的變量，並且使用await關鍵字。await關鍵字不會阻塞完成其他任務的線程。當DownloadStringTaskAsync方法完成其后台處理后，UI線程會繼續並從后台線程中獲得結果，賦值給resp。同時，在await關鍵字的下一行代碼會繼續執行。

現在，代碼簡單多了。沒有阻塞，也不需要手工切回UI線程，這些都是自動實現的。代碼順序也和慣用的同步編程基本上一樣了。

轉換異步模式

並非.NET FrameWork的所有類在.NET 4.5中都引入了新的異步方法，有些類還是只提供了BeginXXX和EndXXX方法的異步模式，那怎么辦？

我們以上面用到的HttpWebResponse為例（假設它沒有新的異步方法）：Task類型的泛型參數Task<WebResponse>，定義了調用方法的返回值類型，FromAsync方法的前兩個參數是委托類型，傳入對應的BeginXXX和EndXXX，由於我們沒有輸入參數，因而也沒有輸入參數的對象狀態，所有是null，代碼如下：

private async   void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            HttpWebRequest req = (HttpWebRequest)WebRequest.Create("http://www.baidu.com");

            HttpWebResponse resp = (HttpWebResponse)await Task<WebResponse>.Factory.FromAsync(req.BeginGetResponse, req.EndGetResponse, null);

        }

 

之前一直對這塊比較模糊，今天學了總結下，關於異步編程以及多線程還有好多東西要學，也很復雜，本文也就簡單介紹到這了

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