《C#併發編程經典實例》學習筆記—異步編程關鍵字 Async和Await

C# 5.0 推出async和await，最先是.NET Framework 4.5引入，能夠在Visual Studio 2012使用。在此以前的異步編程實現難度較高，async使異步編程的實現變得簡便。

各平臺對async的支持狀況

平臺	async
.NET 4.5及以上	✓
.NET 4.0	NuGet
Mono iOS/Droid	✓
Windows Store	✓
Windows Phone Apps 8.1	✓
Windows Phone SL 8.0	✓
Windows Phone SL 7.1	NuGet
Silverlight 5	NuGet

在不支持的平臺，安裝NuGet包 Microsoft.Bcl.Async

使用 async 修飾符可將方法、lambda 表達式或匿名方法指定爲異步。

async 對方法作了什麼處理

從使用async修飾符修飾的方法的IL代碼能夠得出一個結論：

• 在Debug下，針對async方法，生成的是一個class狀態機
• 在Release下，針對async方法，生成的是一個struct狀態機

舉例：
C#代碼以下

using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApp3
{
    public class Test
    {
        public async Task TestAsync()
        {
            await GetAsync();
        }

        public async Task GetAsync()
        {
            await Task.Delay(1);
        }
    }
}

以TestAsync方法爲準

Release下 初始化狀態機V_0 ，類型是值類型Struct(valuetype)，類型名稱爲<TestAsync>d__0

.locals init (
      [0] valuetype ConsoleApp3.Test/'<TestAsync>d__0' V_0,
      [1] valuetype [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder V_1
    )

<TestAsync>d__0 繼承值類型[mscorlib]System.ValueType

.class nested private sealed auto ansi beforefieldinit 
    '<TestAsync>d__0'
      extends [mscorlib]System.ValueType
      implements [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.IAsyncStateMachine

Debug 下 初始化狀態機V_0 ，類型是引用類型Class(class) ，類型名稱爲<TestAsync>d__0

.locals init (
      [0] class ConsoleApp3.Test/'<TestAsync>d__0' V_0,
      [1] valuetype [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder V_1
    )

<TestAsync>d__0 繼承引用類型[mscorlib]System.Object

.class nested private sealed auto ansi beforefieldinit 
    '<TestAsync>d__0'
      extends [mscorlib]System.Object
      implements [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.IAsyncStateMachine

異步方法的定義和注意事項

使用 async 關鍵字定義的異步方法簡稱爲「異步方法」。

注意事項：

• 若是 async 關鍵字修改的方法不包含 await 表達式或語句，則該方法將同步執行。 編譯器警告將通知你不包含 await 語句的任何異步方法，由於該狀況可能表示存在錯誤。 請參閱編譯器警告（等級 1）CS4014。
• async 關鍵字是上下文關鍵字，緣由在於只有當它修飾方法、lambda 表達式或匿名方法時，它纔是關鍵字。 在全部其餘上下文中，都會將其解釋爲標識符。
• 不要用 void 做爲 async 方法的返回類型！ async 方法能夠返回 void ，可是這僅限於編寫事件處理程序。一個普通的 async 方法若是沒有返回值，要返回Task ，而不是 void 。
• 必定要避免使用Task.Wait 或 Task<T>.Result 方法，由於它們會致使死鎖。若是使用了 async ，最好就一直使用它。
• 異步方法的參數不能使用out，ref。out 或 ref 返回的數據應借用Task<TResult> 返回，可使用元組或自定義數據結構。

異步方法的特徵

• 方法簽名包含 async 修飾符。
• 按照約定，異步方法的名稱以「Async」後綴結尾。
• 返回類型爲下列類型之一：
  • 若是你的方法有操做數爲 TResult 類型的返回語句，則爲 Task<TResult>。
  • 若是你的方法沒有返回語句或具備沒有操做數的返回語句，則爲 Task。
  • void：若是要編寫異步事件處理程序。
  • 包含 GetAwaiter 方法的其餘任何類型（自 C# 7.0 起）。
• 方法一般包含至少一個 await 表達式，該表達式標記一個點，在該點上，直到等待的異步操做完成方法才能繼續。 同時，將方法掛起，而且控制返回到方法的調用方。

關於async和await具體的執行流程，方法什麼時候掛起和釋放，請參考異步程序中的控制流 (C#)

異步返回類型

上面提到 void 做爲返回結果，適用於事件處理程序。
舉例：

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApp3
{
    public class TestVoidAsync
    {
        private event EventHandler<EventArgs> DoTest;

        public TestVoidAsync()
        {
            DoTest += DoTestEvent;
        }

        private static async void DoTestEvent(object sender, EventArgs e)
        {
            await Task.Delay(1000);
        }

        protected virtual void OnDoTest()
        {
            DoTest?.Invoke(this, EventArgs.Empty);
        }
    }
}

void 做爲返回結果存在一個弊端：沒法捕獲異常。

返回 void 的異步方法的調用方沒法捕獲從該方法引起的異常，且此類未經處理的異常可能會致使應用程序故障。 若是返回 Task 或 Task<TResult> 的異步方法中出現異常，此異常將存儲於返回的任務中，並在等待該任務時再次引起。

通用的異步返回類型：

從 C# 7.0 開始，異步方法可返回任何具備可訪問的 GetAwaiter 方法的類型。

ValueTask<TResult>：

Task 和 Task<TResult> 是引用類型，所以，性能關鍵路徑中的內存分配會對性能產生負面影響，尤爲當分配出如今緊湊循環中時。 支持通用返回類型意味着可返回輕量值類型（而不是引用類型），從而避免額外的內存分配。

使用ValueTask<TResult>，須要添加NuGet包 System.Threading.Tasks.Extensions。

ValueTask<TResult> 是struct值類型，Task 和 Task<TResult> 是class引用類型

異步操做的生命週期

Task 類提供了異步操做的生命週期，且該週期由 TaskStatus 枚舉表示。

狀態	執行順序	備註
Created	0	該任務已初始化，但還沒有安排。
WaitingForActivation	1	該任務正在等待被.NET Framework infrastructure 內部激活和調度。
WaitingToRun	2	該任務已安排執行但還沒有開始執行。
Running	3	任務正在運行但還沒有完成。
WaitingForChildrenToComplete	4	任務已完成執行，並隱式等待附加的子任務完成。
RanToCompletion	5	任務已成功完成執行。
Canceled	6	引起 OperationCanceledException 異常，或者在任務開始執行以前取消
Faulted	7	因爲未處理的異常，任務已完成。

Canceled 和 Faulted狀態都會由於任務異常致使轉換爲該狀態。兩者的區別以下：

若是標記的 IsCancellationRequested 屬性返回 false，或者異常的標記與任務的標記不匹配，則會將 OperationCanceledException 按照普通的異常來處理，從而致使任務轉換爲 Faulted 狀態。 另外還要注意，其餘異常的存在將也會致使任務轉換爲 Faulted 狀態。 您能夠在 Status 屬性中獲取已完成任務的狀態。

參考文章：

• async（C# 參考）
• 使用 Async 和 Await 的異步編程 (C#)
• 基於任務的異步模式 (TAP)
• 異步返回類型 (C#)
• 異步程序中的控制流 (C#)
• 任務取消
• 異步編程