【.NET】- async await 異步編程

        爲何須要異步，異步對可能起阻止做用的活動（例如，應用程序訪問 Web 時）相當重要。 對 Web 資源的訪問有時很慢或會延遲。 若是此類活動在同步過程當中受阻，則整個應用程序必須等待。 在異步過程當中，應用程序可繼續執行不依賴 Web 資源的其餘工做，直至潛在阻止任務完成。

　　本節將一步一步帶領你們理解async和await。

　　期間會有

　　Hello World，原理介紹，異步會提升程序的運行速度嗎，async和await，MVC中的異步Action，以及線程中常涉及到的線程安全和信號量。

 

Hello World

static void Main(string[] args)
{
    new Thread(Test) { IsBackground = false }.Start();      //.Net 在1.0的時候，就已經提供最基本的API.
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(o => Test());              //線程池中取空閒線程執行委託（方法）
    Task.Run((Action)Test);                                 //.Net 4.0以上可用
    Console.WriteLine("Main Thread");
    Console.ReadLine();
}
 
static void Test()
{
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("Hello World");

 

原理

　　其實無論是Task，ThreadPool，本質最終都是Thread。只不過微軟幫咱們在簡化線程控制的複雜度。

　　線程池是CLR中事先定義好的一些線程。Task取的線程池，只不過在語法上，能夠很是方便取返回值。

 

異步會提升程序的運行速度嗎

　　多線程會提升程序的效率，不會提升運行速度。

　　這就比如這一個任務讓前臺花1個小時。前臺完成10分鐘的時候

　　打電話給經理，讓他安排一我的來幹30分鐘（new Thread()），他幹剩下的20分鐘。（建立線程，須要時間，內存資源）

　　或者從旁邊空閒的同事中（ThreadPool 或 Task），拉一我的過來幹30分鐘。他幹剩下的20分鐘。（須要的時間少，資源原本就存在）

　　從上看出，異步會讓一份任務時間變長。資源消耗更多。可是可讓前臺（UI線程）空閒下來，遵從領導(用戶)指揮。

 

async和await只是一個標記

　　首先看個Demo：

static void Main(string[] args)
{
    Task.Run(() =>                                          //異步開始執行
    {
        Thread.Sleep(1000);                                 //異步執行一些任務
        Console.WriteLine("Hello World");                   //異步執行完成標記
    });
    Thread.Sleep(1100);                                     //主線程在執行一些任務
    Console.WriteLine("Main Thread");                       //主線程完成標記
    Console.ReadLine();
}

執行結果：

　　這個很正常。可是咱們但願先執行主線程完成標記，不改動主線程和Task的任務狀況下，如何處理？

使用await和async：

static void Main(string[] args)
{
    Say();　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//因爲Main不能使用async標記
    Console.ReadLine();
}

private async static void Say()
{
    var t = TestAsync();
    Thread.Sleep(1100);                                     //主線程在執行一些任務
    Console.WriteLine("Main Thread");                       //主線程完成標記
    Console.WriteLine(await t);                             //await 主線程等待取異步返回結果
}

static async Task<string> TestAsync()
{
    return await Task.Run(() =>
    {
        Thread.Sleep(1000);                                 //異步執行一些任務
        return "Hello World";                               //異步執行完成標記
    });
}

 

　　1.凡是使用await關鍵字的方法，都必須打上async標記。

　　2.async表示方法內有異步方法，調用async方法，會馬上另起線程執行。

　　3.await只是顯示等待線程結束。await表示等待異步方法執行完，並取返回值。

 

MVC中的異步Action

　　既然多線程不能提升運行速度，並且每次請求Asp.net程序都是發起一個新的線程，爲何還要用多線程讓其「降速」？

　　爲了提升網站的吞吐量。

　　在MVC中，若是採用異步Action，則會像下面狀況執行。

　　1.請求到達IIS，IIS應用程序池分配一個worker線程用來響應請求。

　　2.worker線程，執行異步操做，調用CLR線程池線程處理。

　　3.釋放worker線程，響應其餘請求。

　　4.異步操做執行完，w3wp(應用程序池進程)再次分配一個worker線程繼續響應。

　　上述使用場景中，會獲取兩次worker 線程，這兩次獲取的線程可能相同，也可能會不一樣。若是有比較耗時的任務，很是建議把同步請求轉換爲異步。

 

線程安全和信號量

 　　先舉個線程不安全的例子。

static void Main(string[] args)
{
    Task.Run((Action)Test);
    Task.Run((Action)Test);
    Console.ReadLine();
}
 
private static void Test()
{
    if (!IsComplete)
    {
        //todo other
        Thread.Sleep(500);
        Console.WriteLine("執行完成");
        IsComplete = true;
    }
}
 
public static bool IsComplete { get; set; }

 

　　上面的執行結果，這就是線程不安全。（多線程訪問同一段代碼 產生不肯定結果。）

　　

如何解決，涉及到線程鎖的概念。線程鎖會讓多線程訪問的時候，一次只容許一個線程進入。

線程鎖例子

private static readonly object lockObj = new object();
        public static bool IsComplete { get; set; }
        static void Main(string[] args)
        {
            Task.Run((Action)Test);
            Task.Run((Action)Test);
            Console.ReadLine();
        }
 
        private static void Test()
        {
            lock (lockObj)                              //鎖住的必須是引用類型。因爲在靜態方法中，則鎖住靜態引用類型。
            {
                if (!IsComplete)
                {
                    //todo other
                    Thread.Sleep(500);
                    Console.WriteLine("執行完成");
                    IsComplete = true;
                }
            }
        }

　　

信號量

　　線程鎖的技術使一塊代碼只能一個線程進入。信號量的存在，則是讓同一塊代碼指定多個線程進入。

信號量（SemaphoreSlim）例子

static readonly SemaphoreSlim slim = new SemaphoreSlim(2);
        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(Test, i);
            }
            Console.ReadLine();
        }
 
        private async static void Test(object i)
        {
            Console.WriteLine("準備執行" + i);
            await slim.WaitAsync();
            Console.WriteLine("開始執行" + i);
            //todo other
            await Task.Delay(1000);
            Console.WriteLine("執行結束" + i);
            slim.Release();
        }

 

上面執行結果