一文說通C#中的異步編程

時間  2020-07-25
標籤 一文 說通 c# 異步 編程 欄目 C# 简体版
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每天寫，不必定就明白。html

又及，前兩天看了一個關於同步方法中調用異步方法的文章，裏面有些概念不太正確，因此整理了這個文章。web

 

1、同步和異步。

先說同步。sql

同步概念你們都很熟悉。在異步概念出來以前，咱們的代碼都是按同步的方式寫的。簡單來講，就是程序嚴格按照代碼的邏輯次序，一行一行執行。數據庫

看一段代碼：編程

public static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Syc proccess - start");

    Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func1");
    func1();
    Console.WriteLine("Syc proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func2");
    func2();
    Console.WriteLine("Syc proccess - out Func2");

    Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func3");
    func3();
    Console.WriteLine("Syc proccess - out Func3");

    Console.WriteLine("Syc proccess - done");
}

private static void func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

private static void func2()
{
    Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
    Thread.Sleep(3000);
    Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}

private static void func3()
{
    Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
    Thread.Sleep(5000);
    Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}

這是一段簡單的一般意義上的代碼，程序按代碼的次序同步執行，看結果：c#

Syc proccess - start
Syc proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Syc proccess - out Func1
Syc proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Syc proccess - out Func2
Syc proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Syc proccess - out Func3
Syc proccess - done

沒有任何意外。微信

    爲了防止不提供原網址的轉載，特在這裏加上原文連接：http://www.javashuo.com/article/p-vcglpbog-nd.html網絡

 

那異步呢？多線程

異步，來自於對同步處理的改良和優化。app

應用中，常常會有對於文件或網絡、數據庫的IO操做。這些操做由於IO軟硬件的緣由，須要消耗不少時間，但一般狀況下CPU計算量並不大。在同步的代碼中，這個過程會被阻塞。直白的說法就是這一行代碼沒執行完成，程序就得等着，等完成後再執行下一行代碼，而這個等待的時間中，CPU資源就被浪費了，閒着了，什麼也沒作。（固然，操做系統會調度CPU幹別的，這兒不擡槓。）

異步編程模型和規範所以出現了，經過某種機制，讓程序在等着IO的過程當中，繼續作點別的事，等IO的過程完成了，再回來處理IO的內容。這樣CPU也沒閒着，在等IO的過程當中多作了點事。反映到用戶端，就感受程序更快了，用時更短了。

 

下面重點說一下異步編程相關的內容。

2、異步編程

C#中，異步編程，一個核心，兩個關鍵字。

一個核心是指Task和Task<T>對象，而兩個關鍵字，就是async和await。

從各類渠道給出的異步編程，都是下面的方式：

async Task function()
{
  /* your code here */
}

而後調用的方式：

await function();

是這樣的嗎？嗯，圖樣圖森破～～～

 

咱們來看代碼：

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Async proccess - start");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
    await func1();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
    await func2();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
    await func3();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");

    Console.WriteLine("Async proccess - done");

    Console.WriteLine("Main proccess - done");
}

private static async Task func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

private static async Task func2()
{
    Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
    Thread.Sleep(3000);
    Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}

private static async Task func3()
{
    Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
    Thread.Sleep(5000);
    Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}

跑一下結果：

Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done

咦？這個好像跟同步代碼的執行結果沒什麼區別啊？

 

嗯，徹底正確。上面這個代碼，真的是同步執行的。

這是異步編程的第一個容易錯誤的理解：async和await的配對。

3、async和await的配對

在異步編程的規範中，async修飾的方法，僅僅表示這個方法在內部有可能採用異步的方式執行，CPU在執行這個方法時，會放到一個新的線程中執行。

那這個方法，最終是否採用異步執行，不決定因而否用await方式調用這個方法，而決定於這個方法內部，是否有await方式的調用。

看代碼，很容易理解：

private static async Task func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

這個方法，由於方法內部沒有await調用，因此這個方法永遠會以同步方式執行，無論你調用這個方法時，有沒有await。

而下面這個代碼：

private static async Task func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

由於這個方法裏有await調用，因此這個方法無論你以什麼方式調用，有沒有await，都是異步執行的。

看代碼：

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Async proccess - start");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
    func1();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
    func2();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
    func3();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");

    Console.WriteLine("Async proccess - done");

    Console.WriteLine("Main proccess - done");

    Console.ReadKey();
}

private static async Task func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

private static async Task func2()
{
    Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(3000));
    Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}

private static async Task func3()
{
    Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(5000));
    Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}

輸出結果：

Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done
Func1 proccess - end
Func2 proccess - end
Func3 proccess - end

結果中，在長時間運行Thread.Sleep的時候，跳出去往下執行了，是異步。

 

又有問題來了：不是說異步調用要用await嗎？

咱們把await加到調用方法的前邊，試一下：

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Async proccess - start");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
    await func1();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
    await func2();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
    await func3();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");

    Console.WriteLine("Async proccess - done");

    Console.WriteLine("Main proccess - done");

    Console.ReadKey();
}

跑一下結果：

Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done

嗯？怎麼又像是同步了？

 

對，這是第二個容易錯誤的理解：await是什麼意思？

4、await是什麼意思

提到await，就得先說說Wait。

字面意思，Wait就是等待。

前邊說了，異步有一個核心，是Task。而Task有一個方法，就是Wait，寫法是Task.Wait()。因此，不少人把這個Wait和await混爲一談，這是錯的。

這個問題來自於Task。C#裏，Task不是專爲異步準備的，它表達的是一個線程，是工做在線程池裏的一個線程。異步是線程的一種應用，多線程也是線程的一種應用。Wait，以及Status、IsCanceled、IsCompleted、IsFaulted等等，是給多線程準備的方法，跟異步沒有半毛錢關係。固然你非要在異步中使用多線程的Wait或其它，從代碼編譯層面不會出錯，但程序會。

尤爲，Task.Wait()是一個同步方法，用於多線程中阻塞等待。

在那個「同步方法中調用異步方法」的文章中，用Task.Wait()來實現同步方法中調用異步方法，這個用法自己就是錯誤的。 異步不是多線程，並且在多線程中，多個Task.Wait()使用也會死鎖，也有解決和避免死鎖的一整套方式。

再說一遍：Task.Wait()是一個同步方法，用於多線程中阻塞等待，不是實現同步方法中調用異步方法的實現方式。

 

說回await。字面意思，也好像是等待。是真的嗎？

並非，await不徹底是等待的意思。

在異步中，await表達的意思是：當前線程/方法中，await引導的方法出結果前，跳出當前線程/方法，從調用當前線程/方法的位置，去執行其它可能執行的線程/方法，並在引導的方法出結果後，把運行點拉回到當前位置繼續執行；直到遇到下一個await，或線程/方法完成返回，跳回去剛纔外部最後執行的位置繼續執行。

有點繞，仍是看代碼：

  static async Task Main(string[] args)
  {
1     Console.WriteLine("Async proccess - start");

2     Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
3     func1();
4     Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

5     Console.WriteLine("Async proccess - done");

6         Thread.Sleep(2000);

7     Console.WriteLine("Main proccess - done");

8    Console.ReadKey();
  }

  private static async Task func1()
  {
9     Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
10    await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
11    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
  }

這個代碼，執行時是這樣的：順序執行一、二、3，進到func1，執行九、10，到10時，有await，因此跳出，執行四、五、6。而6是一個長時等待，在等待的過程當中，func1的10運行完成，運行點跳回10，執行11並結束方法，再回到6等待，結束等待後繼續執行七、8結束。

咱們看一下結果：

Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Async proccess - out Func1
Async proccess - done
Func1 proccess - end
Main proccess - done

映證了這樣的次序。

 

在這個例子中，await在控制異步的執行次序。那爲何要用等待這麼個詞呢？是由於await確實有等待結果的含義。

這是await的第二層意思。

5、await的第二層意思：等待拿到結果

await確實有等待的含義。等什麼？等異步的運行結果。

看代碼：

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Async proccess - start");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
    Task<int> f = func1();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Async proccess - done");

    int result = await f;

    Console.WriteLine("Main proccess - done");

    Console.ReadKey();
}

private static async Task<int> func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");

    return 5;
}

比較一下這段代碼和上一節的代碼，很容易搞清楚執行過程。

這個代碼，完成了這樣一個需求：咱們須要使用func1方法的返回值。咱們能夠提早去執行這個方法，而不急於拿到方法的返回值，直到咱們須要使用時，再用await去獲取到這個返回值去使用。

 

這纔是異步對於咱們真正的用處。對於一些耗時的IO或相似的操做，咱們能夠提早調用，讓程序能夠利用執行過程當中的空閒時間來完成這個操做。等到咱們須要這個操做的結果用於後續的執行時，咱們await這個結果。這時候，若是await的方法已經執行完成，那咱們能夠立刻獲得結果；若是沒有完成，則程序將繼續執行這個方法直到獲得結果。

6、同步方法中調用異步

正確的方法只有一個：

func1().GetAwaiter().GetResult();

這其實就是await的一個變形。

 

（全文完）

 

 

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