C#之異步
在計算機中，一個線程就是一系列的命令，一個工作單元。操作系統可以管理多個線程，給每個線程分配cpu執行的時間片，然后切換不同的線程在這個cpu上執行。這種單核的處理器一次只能做一件事，不能同時做兩件以上的事情，只是通過時間的分配來實現多個線程的執行。但是在多核處理器上，可以實現同時執行多個線程。操作系統可以將時間分配給第一個處理器上的線程，然后在另一個處理器上分配時間給另一個線程。
異步是相對於同步而言。跟多線程不能同一而論。
異步編程采用future或callback機制，以避免產生不必要的線程。（一個future代表一個將要完成的工作。）異步編程核心就是：啟動了的操作將在一段時間后完成。這個操作正在執行時，不會阻塞原來的線程。啟動了這個操作的線程，可以繼續執行其他任務。當操作完成時，會通知它的future或者回調函數，以便讓程序知道操作已經結束。
為什么要使用異步：
面向終端用戶的GUI程序：異步編程提高了相應能力。可以使程序在執行任務時仍能相應用戶的輸入。
服務器端應用：實現了可擴展性。服務器應用可以利用線程池滿足其可擴展性。
異步和同步的區別：
如果以同步方式執行某個任務時，需要等待該任務完成，然后才能再繼續執行另一個任務。而用異步執行某個任務時，可以在該任務完成之前執行另一個任務。異步最重要的體現就是不排隊，不阻塞。
圖：單線程同步
圖：多線程同步
異步跟多線程
異步可以在單個線程上實現，也可以在多個線程上實現，還可以不需要線程（一些IO操作）。
圖：單線程異步
圖：多線程異步
異步是否創建線程
異步可以分為CPU異步和IO異步。異步在CPU操作中是必須要跑在線程上的，一般情況下這時我們都會新開一個線程執行這個異步操作。但在IO操作中是不需要線程的，硬件直接和內存操作。
但是是否創建線程取決於你的異步的實現方式。比如在異步你用ThreadPool,Task.Run()等方法是創建了一個線程池的線程，那么該異步是在另一個線程上執行。
C#實現異步的四種方式：
- 異步模式BeginXXX,EndXXX
- 事件異步xxxAsync，xxxCompleted
- 基於任務
Task的異步 async,await關鍵字異步
異步模式
異步模式是調用Beginxxx方法，返回一個IAsyncResult類型的值，在回調函數里調用Endxxxx（IAsyncResult）獲取結果值。
異步模式中最常見的是委托的異步。
如：聲明一個string類型輸入參數和string類型返回值的委托。調用委托的BeginInvoke方法，來異步執行該委托。
Func<string, string> func = (string str) =>
{
Console.WriteLine(str);
return str + " end";
};
func.BeginInvoke("hello",IAsyncResult ar =>
{
Console.WriteLine(func.EndInvoke(ar));
}, null);
//輸出：
//hello
//hello end
BeginInvoke方法的第一個參數表示委托的輸入參數。
第二個參數表示IAsyncResult類型輸入參數的回調函數，其實也是個委托。
第三個參數是個狀態值。
事件異步
事件異步有一個xxxAsync方法，和對應該方法的 xxxCompleted事件。
如： backgroundworker和progressbar結合
public partial class MainWindow : Window
{
private BackgroundWorker bworker = new BackgroundWorker();
public MainWindow()
{
InitializeComponent();
//支持報告進度
bworker.WorkerReportsProgress = true;
//執行具體的方法
bworker.DoWork += Bworker_DoWork;
//進度變化時觸發的事件
bworker.ProgressChanged += Bworker_ProgressChanged;
//異步結束時觸發的事件
bworker.RunWorkerCompleted += Bworker_RunWorkerCompleted;
Loaded += MainWindow_Loaded;
}
private void MainWindow_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
{
//開始異步執行
bworker.RunWorkerAsync();
}
private void Bworker_RunWorkerCompleted(object sender, RunWorkerCompletedEventArgs e)
{
//異步完成時觸發的事件
progressBar.value=100;
}
private void Bworker_ProgressChanged(object sender, ProgressChangedEventArgs e)
{
//獲取進度值復制給progressBar
progressBar.Value = e.ProgressPercentage;
}
private void Bworker_DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
{
for (int j = 0; j <= 100; j++)
{
//調用進度變化方法，觸發進度變化事件
bworker.ReportProgress(j);
Thread.Sleep(100);
}
}
}
Task模式的異步
Task是在Framework4.0提出來的新概念。Task本身就表示一個異步操作（Task默認是運行在線程池里的線程上）。它比線程更輕量，可以更高效的利用線程。並且任務提供了更多的控制操作。
- 實現了控制任務執行順序
- 實現父子任務
- 實現了任務的取消操作
- 實現了進度報告
- 實現了返回值
- 實現了隨時查看任務狀態
任務的執行默認是由任務調度器來實現的(任務調用器使這些任務並行執行)。任務的執行和線程不是一一對應的。有可能會是幾個任務在同一個線程上運行，充分利用了線程，避免一些短時間的操作單獨跑在一個線程里。所以任務更適合CPU密集型操作。
Task 啟動
任務可以賦值立即運行，也可以先由構造函數賦值，之后再調用。
//啟用線程池中的線程異步執行
Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
//啟用線程池中的線程異步執行
Task t2 = Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
Task t3 = new Task(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
t3.Start();//啟用線程池中的線程異步執行
t3.RunSynchronously();//任務同步執行
Task 等待任務結果，處理結果
Task t1 = Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
Task t2 = Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
//調用WaitAll() ，會阻塞調用線程，等待任務執行完成 ,這時異步也沒有意義了
Task.WaitAll(new Task[] { t1, t2 });
Console.WriteLine("Task完成...");
//調用ContinueWith，等待任務完成，觸發下一個任務，這個任務可當作任務完成時觸發的回調函數。
//為了獲取結果，同時不阻塞調用線程，建議使用ContinueWith，在任務完成后，接着執行一個處理結果的任務。
t1.ContinueWith((t) =>
{
Console.WriteLine("Task完成...");
});
t2.ContinueWith((t) =>
{
Console.WriteLine("Task完成...");
});
//調用GetAwaiter()方法，獲取任務的等待者，調用OnCompleted事件，當任務完成時觸發
//調用OnCompleted事件也不會阻塞線程
t1.GetAwaiter().OnCompleted(() =>
{
Console.WriteLine("Task完成...");
});
t2.GetAwaiter().OnCompleted(() =>
{
Console.WriteLine("Task完成...");
});
Task 任務取消
//實例化一個取消實例
var source = new CancellationTokenSource();
var token = source.Token;
Task t1 = Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(2000);
//判斷是否任務取消
if (token.IsCancellationRequested)
{
//token.ThrowIfCancellationRequested();
Console.WriteLine("任務已取消");
}
Thread.Sleep(500);
//token傳遞給任務
}, token);
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine(t1.Status);
//取消該任務
source.Cancel();
Console.WriteLine(t1.Status);
Task 返回值
Task<string> t1 = Task.Run(() => TaskMethod("hello"));
t1.Wait();
Console.WriteLine(t1.Result);
public string TaskMethod(string str)
{
return str + " from task method";
}
Task異步操作，需要注意的一點就是調用Waitxxx方法，會阻塞調用線程。
async await 異步
首先要明確一點的就是async await 不會創建線程。並且他們是一對關鍵字，必須成對的出現。
如果await的表達式沒有創建新的線程，那么一個異步操作就是在調用線程的時間片上執行，否則就是在另一個線程上執行。
async Task MethodAsync()
{
Console.WriteLine("異步執行");
await Task.Delay(4000);
Console.WriteLine("異步執行結束");
}
一個異步方法必須有async修飾，且方法名以Async結尾。異步方法體至少包含一個await表達式。await 可以看作是一個掛起異步方法的一個點，且同時把控制權返回給調用者。異步方法的返回值必須是Task或者Task<T>。即如果方法沒有返回值那就用Task表示，如果有一個string類型的返回值，就用Task泛型Task<string>修飾。
異步方法執行流程：
- 主線程調用MethodAsync方法，並等待方法執行結束
- 異步方法開始執行，輸出“異步執行”
- 異步方法執行到await關鍵字，此時MethodAsync方法掛起，等待await表達式執行完畢，同時將控制權返回給調用方主線程，主線程繼續執行。
- 執行Task.Delay方法，同時主線程繼續執行之后的方法。
Task.Delay結束，await表達式結束，MehtodAsync執行await表達式之后的語句，輸出“異步執行結束”。
和其他方法一樣，async方法開始時以同步方式執行。在async內部，await關鍵字對它的參數執行一個異步等待。它首先檢查操作是否已經完成，如果完成了，就繼續運行（同步方式）。否則它會暫停async方法，並返回，留下一個未完成的Task。一段時間后，操作完成，async方法就恢復運行。
一個async方法是由多個同步執行的程序塊組成的，每個同步程序塊之間由await語句分隔。第一個同步程序塊是在調用這個方法的線程中執行，但其他同步程序塊在哪里運行呢？情況比較復雜。
最常見的情況是用await語句等待一個任務完成，當該方法在await處暫停時，就可以捕獲上下文（context）。如果當前SynchronizationContext不為空，這個上下文就是當前SynchronizationContext。如果為空，則這個上下文為當前TaskScheduler。該方法會在這個上下文中繼續運行。一般來說，運行在UI線程時采用UI上下文，處理Asp.Net請求時采用Asp.Net請求上下文，其他很多情況下則采用線程池上下文。
因為，在上面的代碼中，每個同步程序塊會試圖在原始的上下文中恢復運行。如果在UI線程調用async方法，該方法的每個同步程序塊都將在此UI線程上運行。但是，如果在線程池中調用，每個同步程序塊將在線程池上運行。
如果要避免這種行為，可以在await中使用configureAwait方法，將參數ContinueOnCapturedContext設置為false。async方法中await之前的代碼會在調用的線程里運行。在被await暫停后，await之后的代碼則會在線程池里繼續運行。
async Task MethodAsync()
{
Console.WriteLine("異步執行");//同步程序塊1
await Task.Delay(4000).ConfigureAwait(false);
Console.WriteLine("異步執行結束");//同步程序塊2
}
我們可能想當然的認為Task.Delay會阻塞執行線程，就跟Thread.Sleep一樣。其實他們是不一樣的。Task.Delay創建一個將在設置時間后執行的任務。就相當於一個定時器，多少時間后再執行操作。不會阻塞執行線程。
當我們在異步線程中調用Sleep的時候，只會阻塞異步線程。不會阻塞到主線程。
async Task Method2Async()
{
Console.WriteLine("await執行前..."+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
await Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("await執行..." + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("await執行結束..." + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Console.WriteLine("await之后執行..."+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
//輸出：
//await執行前...9
//await執行...12
//await之后執行...9
//await執行結束...12
上面的異步方法，Task創建了一個線程池線程，Thread.Sleep執行在線程池線程中。
參考：