C# 異步編程（async和await）

 

1. 源起

在我們從 .Net 轉 .Net Core 的過程中，我們通常會查看一些源碼或者看書進行學習，在其中你可能會看到類似於這樣的代碼

// 1. Asp.Net Core 的 控制器 類
[HttpGet]
public async Task<IActionResult> Index()
{
     ......
     await ......
     ......
}

// 2. Console 的 Program.cs 文件
static async Task Main(string[] args)
{
     ......
     await ......
     ......
}

這是一個很重要的 “新特性”---異步編程。在 C# 里面異步編程是通過關鍵字 async 和 await 兩個關鍵字實現的。

那什么是異步編程？async、await是怎么樣實現異步編程的呢？

2. 為什么要異步編程

在介紹異步編程之前，我們先說一下同步編程。

通常我們編寫的代碼在被執行時，通常是自上而下一行一行的執行，如過是執行方法，則進入方法內部繼續一行一行執行。

這就是同步執行，也稱之為同步編程（也可以說是編程）。

你會發現同步編程有一個問題，就是但是當一個方法執行耗時比較長時（例如讀取文件內容），會阻塞下面的代碼執行，整個軟件都會進入等待狀態（如是GUI界面，則執行操作的線程會阻塞，整個操作界面也會處於等待狀態），體驗度相當的不好---尤其是在計算機有多核的情況下，完全可以在另一個CPU上干其他的工作，同時計算機完成耗時任務的時候通知你。這就是異步編程的起源。更多示例

3. C# 異步編程

通過使用異步編程，你可以避免性能瓶頸並增強應用程序的總體響應能力。 但是，編寫異步應用程序的傳統技術可能比較復雜，使它們難以編寫、調試和維護。

雖然 .Net 中有幾種異步編程模式，但是目前建議使用的只有一種（TAP），我們將對歷史有一些簡單的說明，對於EAP進行更深入的介紹。

3.1 .Net 提供了3中異步編程模型（更多介紹）

• TAP（基於任務的異步模式）：使用單一方法表示異步操作的開始和結束，是.Net中進行異步編程的推薦方法。（.Net Framework 4中引入的）
• EAP（基於事件的異步模式）：提供異步行為的基於事件的舊模型。 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。 不建議新的開發使用此模式。
• APM（異步編程模型）：（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）。 不建議新的開發使用此模式。

3.2 TAP（基於任務的異步模式）

C# 擁有語言級別的異步編程模型，它遵循基於任務的異步模式。

C# 異步編程的核心是 Task 和 Task<T> 對象（深入了解Task和Task<T>），這兩個對象對異步操作建模。它們受關鍵字 async 和 await 的支持（二者是異步編程的核心關鍵字）。通過這兩個關鍵字，可以使用 .NET Framework、.NET Core 或 Windows 運行時中的資源，輕松創建異步方法（幾乎與創建同步方法一樣輕松）。 使用 async 關鍵字定義的異步方法簡稱為“異步方法”。await 關鍵字控制執行 await 的方法的調用方，且它最終允許 UI 具有響應性或服務具有靈活性。

4. 異步編程 示例

 

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApp
{
    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            try
            {
                //線程池，最大和最小數量（CompletionPortThreads 異步I/O線程數量）
                //相關資料：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/threading/the-managed-thread-pool
                ThreadPool.GetMinThreads(out int minWorkerThreads, out int minCompletionPortThreads);       //6 6
                ThreadPool.GetMaxThreads(out int maxWorkerThreads, out int maxCompletionPortThreads);       //32767 1000

                ShowMsg(minWorkerThreads.ToString());
                ShowMsg(minCompletionPortThreads.ToString());
                ShowMsg(maxWorkerThreads.ToString());
                ShowMsg(maxCompletionPortThreads.ToString());

                #region 【1. 使用示例】
                ////測試async和await（運行在ThreadPool）
                ////相關資料：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/async/task-asynchronous-programming-model
                //ShowMsg($"【Main start 1】");
                //Test1Async();        //異步執行，但是不知道什么時候執行
                //Test11Async();       //異步執行，但是不知道什么時候執行
                //ShowMsg($"【Main end 1】");
                //ShowMsg($"【Main start 2】");
                //await Test2Async();  //同步執行，等待任務執行完成
                //ShowMsg($"【Main end 2】");

                //ShowMsg($"【Main start 3】");
                //Task<String> task = Test3Async();    //有返回值的方法，異步執行，但是不知道什么時候執行
                //ShowMsg($"【Main end Task】");
                //ShowMsg($"{task.Result}");        //等待異步操作執行完成之后，獲取執行結果（相當於await）

                //ShowMsg($"【Main end 3】");

                //TaskRun();

                //ShowMsg($"【Used samples end】");

                #endregion

                #region 【2. 錯誤捕獲示例】
                ////相關資料：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/keywords/try-catch#async-method-example
                //// sample 1
                //await Exception1Async();

                //// sample 2
                //Task<String> exceptionSample1 = Exception1Async();
                //exceptionSample1.Wait();

                //// sample 3
                //Console.WriteLine(exceptionSample1.Result);

                //// sample 4
                //Exception1Async();

                // 結論：
                //     以上四種示例，前三種會進入外層try-catch，第四種則不會（因為是異步執行，不需要等待回傳結果，需要自行處理報錯信息）

                //if (null != exceptionSample1.Exception)
                //{
                //}
                #endregion

            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex);
            }

            ShowMsg("The End!");
        }

        static async Task Test1Async()
        {
            ShowMsg($"Test start 1");
            await Task.Delay(300);
            ShowMsg($"Test end 1");
        }

        static async Task Test11Async()
        {
            ShowMsg($"Test start 1111");
            await Task.Delay(300);
            ShowMsg($"Test end 1111");
        }

        static async Task Test2Async()
        {
            ShowMsg($"Test start 2");
            await Task.Delay(300);
            ShowMsg($"Test end 2");
        }

        static async Task<String> Test3Async()
        {
            ShowMsg($"Test start 3");
            await Task.Delay(300);
            ShowMsg($"Test end 3");
            return "123";
        }

        static void ShowMsg(String msg)
        {
            Console.WriteLine($" Time:{ DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fffff") } . Message: {msg}");
        }

        static async Task<String> Exception1Async()
        {
            await Task.Delay(100);

            // Uncomment each of the following lines to
            // demonstrate exception handling.

            throw new OperationCanceledException("canceled");
            throw new Exception("Something happened.");
            return "Done";
        }

        static async Task TaskRun()
        {
            await Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep(100);
                ShowMsg("This is task run method.");
            });
        }

    }
}

 

 

 

附錄

異步編程

https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Learn/JavaScript/Asynchronous/Concepts

 

異步編程模式

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/asynchronous-programming-patterns/

C# 異步編程
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/async

使用 Async 和 Await 的異步編程
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/async/

異步編程模型
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/async/task-asynchronous-programming-model

try-catch（C# 參考）
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/keywords/try-catch

托管線程池
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/threading/the-managed-thread-pool

深入了解異步
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/async-in-depth

基於任務的異步模式
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/asynchronous-programming-patterns/task-based-asynchronous-pattern-tap

 

任務並行庫

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/parallel-programming/task-parallel-library-tpl