C# - 多線程 之 異步編程

異步編程

• 同步編程，請求響應模型，同步化、順序化、事務化。
• 異步編程，事件驅動模型，以 Fire and Forget 方式實現。

異步編程模式

-§- 異步編程模型 (APM) 模式： IAsyncResult 模式，異步操作需要 Begin 和 End 方法；
-§- 基於事件的異步模式（EAP）：事件、事件處理程序委托類型和 EventArg 派生類型；
-§- 基於任務的異步模式（TAP）：推薦模式，.NET Framework 4 引入，基於 System.Threading.Tasks 命名空間，利用一種方法表示異步操作的啟動和完成；

類 LogicalMethodInfo 提供 Invoke 和 BeginInvoke 方法支持同步或異步執行委托的方法：

 public sealed class System.Web.Services.Protocols.LogicalMethodInfo{
     public object[] Invoke(object target, object[] values);
     public IAsyncResult BeginInvoke(object target, object[] values, AsyncCallback callback, object asyncState);
     public object[] EndInvoke(object target, IAsyncResult asyncResult);
 }

其中，target 是委托方法所屬的類實例，values 是委托方法的參數列表。

異步方法調用模式

三種方法 調用模式區別：原線程獲取異步線程已經完成的消息的方式。
 
其中，BeginInvoke 方法用於啟動異步調用，EndInvoke 方法用於檢索並獲取異步調用結果然后釋放線程占用的資源。BeginInvoke 立即返回，不等待異步方法調用完成，同時在調用時創建一個 AsyncResult 類對象，但是 BeginInvoke 返回 IAsyncResult 接口的引用，可用於監視異步方法的調用進度，調用 BeginInvoke 后可隨時調用 EndInvoke 方法。
 
其中，IAsyncResult 接口 的 AsyncState 屬性獲取 Object 類型的對象可以作為 BeginInvoke 方法調用時的 State 參數（可根據需要自定義）。 委托定義和異步委托方法定義為：

 public delegate int MyDel(string str);
 public static int DelFun(string str){
 　　　Console.WriteLine("異步線程執行方法：DelFun() in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　Thread.Sleep(3000);
 　　　return str.Length;
 }

注：BeginInvoke 的參數是在編譯時根據委托的定義動態生成的，前面參數的個數和類型與委托定義中的參數個數和類型相同，后兩個參數分別是 AsyncCallback 和 Object 類型。BeginInvoke 的調用者的方法列表有且只能有一個方法。BeginInvoke 第三個參數可為任意類型，最終都可通過 AsyncState 屬性獲得對應值。

等待模式 Waiting-Until-Done 　

如果異步方法調用未完成，EndInvoke 將一直阻塞到異步方法調用完成才執行。其中，等待 WaitHandle 是一項常用的線程同步技術，可以通過 BeginInvoke 返回的 IAsyncResult 的 AsyncWaitHandle 屬性調用 WaitOne() 方法阻止當前線程，直到獲取到異步方法調用完成時發出的 WaitHandle 信號。

 public static void AsyncWaitingTest()
 {         
 　　　MyDel myDel = new MyDel(TestClass.DelFun);
 
 　　　Console.WriteLine("主線程：AsyncWaitingTest() in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　IAsyncResult iar = myDel.BeginInvoke("sqh", null, null);
 　　　Console.WriteLine("主線程繼續執行... in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 
 　　　while (!iar.AsyncWaitHandle.WaitOne(1000)){
 　　　　　　Console.WriteLine("Waiting... AsyncMethod()");
 　　　}
 　　　int strLen = myDel.EndInvoke(iar);
 　　　Console.WriteLine("Str Length：{0}", strLen);
 }

輪詢模式 Polling 　

利用 BeginInvoke 返回的 IAsyncResult 的 IsCompleted 屬性來判斷異步方法調用是否完成。

 public static void AsyncPollingTest()
 {
 　　　MyDel myDel = new MyDel(TestClass.DelFun);
 
 　　　Console.WriteLine("主線程：AsyncPollingTest() in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　IAsyncResult iar = myDel.BeginInvoke("sqh", null, null);
 　　　Console.WriteLine("主線程繼續執行... in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 
 　　　while (!iar.IsCompleted){
 　　　　　　Thread.Sleep(1000);
 　　　　　　Console.WriteLine("Waiting... AsyncMethod()");
 　　　}
 　　　int strLen = myDel.EndInvoke(iar);
 　　　Console.WriteLine("Str Length：{0}", strLen);
 }

回調模式 Callback 　

調用 BeginInvoke 時提供回調方法，異步方法調用結束后，回調方法在 ThreadPool 中的異步線程上自動執行，並調用 EndInvoke 方法。
回調方法形如：void AsyncCallback(IAsyncResult iar)；

 public static void AsyncCallbackTest()
 {
 　　　MyDel myDel = new MyDel(TestClass.DelFun);
 
 　　　Console.WriteLine("主線程：AsyncCallbackTest() in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　IAsyncResult iar = myDel.BeginInvoke("sqh", CallbackMethod, myDel);
 　　　Console.WriteLine("主線程繼續執行... in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　// ... 其他操作，獨立於異步線程
 }
 public static void CallbackMethod(IAsyncResult iar)
 {
 　　　Console.WriteLine("異步方法執行完畢，開始執行回調方法 in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 
 　　　//AsyncResult ar = (AsyncResult)iar;  // **推薦**
 　　　//MyDel myDel = (MyDel)ar.AsyncDelegate;           
 　　　MyDel myDel = (MyDel)iar.AsyncState;  // 這種調用方式 BeginInvoke 需要 myDel 參數
 
 　　　int result = myDel.EndInvoke(iar);
 　　　Console.WriteLine(result);
 }

其他：當委托的方法列表中有多個方法時，可以利用 GetInvocationList() 方法得到 Delegate[] 數組，然后依次調用 BeginInvoke 方法，不同的方法在線程池的不同線程上運行！
[1]. 異步編程模式系列（1-6）；
[2]. 異步方法調用模式總結； 異步調用四種方法；

async/await

幾點共識

• async和await共存
• async/await均不會立即發起新線程，直至遇到真正的異步方法（Task）
• await用於打分裂點，程序遇到await直接返回，異步任務完成后再執行await后的代碼

// qq  ww  異步方法完成, 返回結果：GoCostThings
Console.WriteLine("qq");
var ret = FuncAsync();
Console.WriteLine("ww");

public static async Task<string> FuncAsync() {
	var document = await GoCostThings();
	Console.WriteLine("異步方法完成, 返回結果：" + document);
	return document;
}
public static Task<string> GoCostThings() {
	var task = Task.Run(() => {
		Thread.Sleep(3000);
		return "GoCostThings";
	});
	return task;
}

參考示例