C#之異步編程

1 異步編程的重要性

　　C#5.0最重要的改進是提供了更強大的異步編程，C#5.0僅增加兩個關鍵字Async和Await，使用異步編程，方法調用是后台運行（通常在線程和任務的幫助下），並且不會阻塞調用線程。

2 異步模式

　　從.net1.0開始就提供了異步特性，而且.NET Framework的許多類都實現了一個或多個異步模式（委托也實現了異步模式）。因為在WIndows From和WPF中用異步模式更新界面比較復雜，所以在2.0中提供了基於事件的異步模式。現在在4.5中推出了另外一種新的方式來實現異步編程：基於任務的異步模式。這種模式是基於4.0中新增的Task類型，和一個利用Async和Await關鍵字的編譯器功能。

2.1 同步調用

 WebClient wc = new WebClient(); 2 string s= wc.DownloadString("你的URL"); 

　　運行該代碼，程序一直在等待DownloadString的完成，在這種情況下使用異步非常有必要的。

2.2異步模式

使用異步模式是進行異步調用的方式之一，實現異步模式定義BeginXXX和EndXXX方法。如果有一個同步方法DownloadStrring,異步方法將轉化成了兩個方法BeginDownloadString和EndDownloadString方法。BeginXXX方法接受同步方法的所有輸入的參數，並且還定義了一個AsyncCallBack參數，用於接收在異步方法執行完畢后的被調用的委托，該方法返回一個IAsyncResult，用於驗證調用是否已經完成，並且一直等待，直到方法的執行完畢。EndXXX方法同步方法的所有的輸出參數，並按照同步方法的返回類型來返回結果。WebClient類沒有實現異步模式，但可以用HttpWebRequest來代替

 HttpWebRequest req =(HttpWebRequest)WebRequest.Create("你的URL"); 2             IAsyncResult result=  req.BeginGetResponse("",); 3             req.EndGetResponse();

異步模式的優勢是使用委托功能就能實現異步編程，不用改變程序的行為，也不會阻塞界面的操作。

2.3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"Aysnc"后綴的方法。異步方法完成時不是定義被調用的委托，而是定義事件。

WebClient client = new WebClient(); 2             client.DownloadStringCompleted += (sender, e1) => { }; 3             client.DownloadStringAsync(new Uri("你的URL"));

基於事件的異步方式的優勢是易用。

2.4基於任務的異步模式

public async void Fun() 2  { 3             WebClient client = new WebClient(); 4             string s = await client.DownloadStringTaskAsync("你的URL"); 5         }

現在代碼簡單多了，並且沒有阻塞。

3 異步編程的基礎

　　async和await關鍵字只是編譯器功能，編譯器會用Task創建代碼。

3.1創建任務

        static string Greeting(string name) 2  { 3             Thread.Sleep(2000); 4             return string.Format("Hello ,{0}", name); 5  } 6         static Task<string> GreetingAsync() 7  { 8             return Task.Run<string>(()=> { return Greeting(name); }); 9         }

 

3.2調用異步方法

　　可以使用Await關鍵字來調用返回任務的異步方法GreetingAsync,使用Await關鍵字需要使用Async修飾聲明的方法。在完成GreetingAsync方法前該方法內的其它代碼不會被執行。

  private async static void CallWithAsync() 2  { 3             string result = await GreetingAsync("鄭隆"); 4  Console.WriteLine(result); 5         }

如果異步方法的結果不傳遞給變量，也可以直接在參數中使用Await關鍵字。

 private async static void CallWithAsync2() 2  { 3             Console.WriteLine(await GreetingAsync("鄭隆")); 4         }

Async修飾符只能用於返回Task和void的方法。不能用於程序的入口。

3.3延續任務

Task類的ContinueWith方法定義了任務完成后將要調用的代碼。

   private static void CallerWithContinuationTask() 2  { 3             Task<string> t1 = GreetingAsync("鄭隆"); 4             t1.ContinueWith(t => { string result = t.Result; Console.WriteLine(result); }); 5         }

 

3.4使用多個異步方法

在一個異步方法中，可以調用不止一個異步方法。

 public async static void MultipleAsyncMethods() 2  { 3             string s1 = await GreetingAsync("zhenglong1"); 4             string s2 = await GreetingAsync("zhenglong2"); 5             Console.WriteLine("Finished both methods.\n"+"Result 1:{0}\n Result 2:{1}",s1,s2); 6         }

Task.WhenAll組合器，可以讓你等待直到兩個任務都完成。

 public async static void MultipleAsyncMethodsWithCombinators1() 2  { 3             Task<string>  t1= GreetingAsync("zhenglong1"); 4             Task<string> t2 = GreetingAsync("zhenglong2"); 5             await Task.WhenAll(t1,t2); 6             Console.WriteLine("Finished both methods.\n" + "Result 1:{0}\n Result 2:{1}", t1.Result, t2.Result); 7         }

Task的WhenAll方法是在所有傳入的任務都完成了才返回Task，而WhenAny是在其中的一個任務已完成就會返回Task。

3.5轉換異步模式

並非.NET Freamwork的所有的類在4.5中都引入了新的異步方法。

private static Func<string, string> greetingInvoker = Greeting;  2 
        static IAsyncResult BeginGreeting(string name,AsyncCallback callback,object state)  4  {  5             return greetingInvoker.BeginInvoke(name, callback, state);  6  }  7         static string EndGreeting(IAsyncResult ar)  8  {  9            return greetingInvoker.EndInvoke(ar); 10  } 11  private async static void ConvertingAsyncPattern() 12  { 13             string s = await Task<string>.Factory.FromAsync(BeginGreeting, EndGreeting, "zhenglong", null); 14  Console.WriteLine(s); 15         }

4 錯誤處理

  public static async Task ThrowAfter(int ms,string message)  2  {  3             await Task.Delay(ms);  4             throw new Exception(message);  5  }  6 
        public static void DontHandle()  8  {  9             try
 { 11                 ThrowAfter(200,"first"); 12  } 13             catch (Exception ex) 14  { 15  Console.WriteLine(ex.Message);17  } 18         }

以上代碼並不能捕獲到異常，應為在ThrowAfter拋出異常之前DontHandle已經執行完了。

4.1 異步方法的異常處理

異步方法異常的一個較好的處理是使用關鍵字Await，然后將其放在try中

   public async static void HandleErrorOne()  2  {  3             try
 {  5                 await ThrowAfter(200, "first");  6  }  7             catch (Exception ex)  8  {  9  Console.WriteLine(ex.Message); 10  } 11         }

 

4.2 多個異步方法的異常處理

  public static async void StatTwoTasks()  2  {  3             try
 {  5                 await ThrowAfter(2000,"frist");  6                 await ThrowAfter(1000, "second");  7  }  8             catch (Exception ex)  9  { 10  Console.WriteLine(ex.Message); 11  } 12         }

如上代碼並不能捕獲全部的異常，原因是因為在第一個異常拋出后程序就進入了catch。解決方法

 public static async void StatTwoTasksParallel()  2  {  3             try
 {  5                 Task t1 = ThrowAfter(200, "zhenglong1");  6                 Task t2 = ThrowAfter(200, "zhenglong2");  7                 await Task.WhenAll(t1,t2);  8  }  9             catch (Exception ex) 10  { 11  Console.WriteLine(ex.Message); 12  } 13         }

 

4.3 AggregateException類

為了得到所有的異常信息，可以將Task.WhenAll返回的結果寫到一個Task中，這個任務一直等待所有的任務完成。

public static async void ShowAggregateException()  2  {  3             Task taskResult = null;  4             try
 {  6                 Task t1 = ThrowAfter(200, "zhenglong1");  7                 Task t2 = ThrowAfter(200, "zhenglong2");  8                 await(taskResult= Task.WhenAll(t1, t2));  9  } 10             catch (Exception ex) 11  { 12  Console.WriteLine(ex.Message); 13                 foreach (var item in taskResult.Exception.InnerExceptions) 14  { 15  Console.WriteLine(item.Message); 16  } 17  } 18         }

5取消

在某種情況下，后台任務可能運行很長的時間，取消任務就非常有用了。

5.1 開始取消任務

private CancellationTokenSource cts; 2         public void Cancle() 3  { 4             if (cts != null) 5  cts.Cancel(); 6         }

CancellationTokenSource 類還支持在指定時間后才取消任務，CancelAfter方法在應該取消的任務后傳入一個時間值，單位是ms.

5.2開始框架的特性任務取消

 public async void CancelTwo() 2  { 3             cts = new CancellationTokenSource(); 4             HttpClient hc = new HttpClient(); 5             var s=await hc.GetAsync("Url", cts.Token); 6         }

5.3取消自定義任務

 await Task.Run(()=> { },cts.Token);

現在用戶就可以取消運行時間長的任務了。