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僅增長兩個新的關鍵字：async和await。

使用異步編程，方法調用是在後臺運行（一般在線程或任務的幫助下），而且不會阻塞調用線程。

本文將介紹3種不一樣模式的異步編程：異步模式，基於事件的異步模式和新增長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。經過這裏的比較，將認識到新的增長的基於任務的異步模式的真正優點。

假設情景：咱們須要進行一個耗時操做（這裏使用webclient對象下載百度首頁代碼），接下來經過同步以及上面談到的3種異步模式實現。

同步調用

建立一個控制檯應用程序：

 

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:其餘操做
            Console.ReadKey();
        }

運行上述代碼，在執行DownloadString的時候，主線程會被阻塞，若是有用戶界面，那麼用戶體驗確定很差，而DownloadString這個方法的執行速度取決於網速等緣由，因此在這種狀況下，使用異步調用就很是有必要了。

異步模式

實現異步模式定義BeginXXX方法和EndXXX方法。例如，若是有一個同步方法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全部輸入參數以及一個AsyncCallback參數（一個委託，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全部輸出參數，並以同步方法的返回類型來返回結果（簡單來講就是獲取異步執行方法的返回值，若是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並無異步模式的實現，可是能夠用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:其餘操做
            }, null);
            Console.WriteLine("這是主線程");
            
            Console.ReadKey();
        }

若是非要用WebClient來實現異步模式，則須要用委託（只給代碼很少作介紹了）：

 

static void Main(string[] args)
        {
           //定義委託實例
            Func<string, string> downloadString = url =>
            {
                WebClient client = new WebClient();
                client.Encoding = Encoding.UTF8;
              return client.DownloadString(url);
              
            };
            //異步執行委託
            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();
        }

異步模式的優點是使用委託就能實現異步編程。不用改變程序的行爲。也不會阻塞界面的操做。可是，使用異步模式的過程是很是複雜的（尤爲在winform或wpf中涉及更新界面操做時）。幸運的是，.NET2.0推出了基於事件的異步模式，能很輕鬆更新界面。

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」後綴的方法。例如：對於同步方法DownloadString，WebClient類提供一個異步變體方法DownloadStringAsync。異步方法完成後，不是定義被調用的委託，而是定義事件。當異步方法DownloadStringAsync完成後，會直接調用DownloadStringCompleted事件，實現方式和上面差很少。但這時能夠直接訪問界面UI元素。

在這裏咱們換一個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點在於易於使用。可是，若是在自定義類中實現這個模式，就沒那麼簡單了。方法仍是有的，可使用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。調用異步方法以前，須要定義這個方法完成時發生什麼。所以，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）

此次先看代碼：

 

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」後綴的方法，並返回一個Task類型。因爲WebClient類已經提供了一個帶有「Async」後綴的方法，所以新方法名爲DownloadStringTaskAsync。

DownloadStringTaskAsync方法聲明返回Task<string>類型。可是，不須要爲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，而且使用await關鍵字。await關鍵字不會阻塞完成其餘任務的線程。當DownloadStringTaskAsync方法完成其後臺處理後，UI線程會繼續並從後臺線程中得到結果，賦值給resp。同時，在await關鍵字的下一行代碼會繼續執行。

如今，代碼簡單多了。沒有阻塞，也不須要手工切回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同樣了。

轉換異步模式

並不是.NET FrameWork的全部類在.NET 4.5中都引入了新的異步方法，有些類仍是隻提供了BeginXXX和EndXXX方法的異步模式，那怎麼辦？

咱們以上面用到的HttpWebResponse爲例（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託類型，傳入對應的BeginXXX和EndXXX，因爲咱們沒有輸入參數，於是也沒有輸入參數的對象狀態，全部是null，代碼以下：

 

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);

        }

 

 

以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，也很複雜，本文也就簡單介紹到這了