C# 彻底搞懂async/await

小雨兮兮 發表於 2020-3-31 15:28:00

关键：
 异步方法：在执行完成前立即返回调用方法，在调用方法继续执行的过程中完成任务。
 async/await 结构可分成三部分：
     （1）调用方法：该方法调用异步方法，然后在异步方法执行其任务的时候继续执行；
     （2）异步方法：该方法异步执行工作，然后立刻返回到调用方法；
     （3）await 表达式：用于异步方法内部，指出需要异步执行的任务。一个异步方法可以包含多个 await 表达式（不存在 await 表达式的话 IDE 会发出警告）。
<h2>一、What's 异步？</h2>
     启动程序时，系统会在内存中创建一个新的进程。进程是构成运行程序资源的集合。
     在进程内部，有称为线程的内核对象，它代表的是真正的执行程序。系统会在 Main 方法的第一行语句就开始线程的执行。
 
     线程：
     ①默认情况，一个进程只包含一个线程，从程序的开始到执行结束；
     ②线程可以派生自其它线程，所以一个进程可以包含不同状态的多个线程，来执行程序的不同部分；
     ③一个进程中的多个线程，将共享该进程的资源；
     ④系统为处理器执行所规划的单元是线程，而非进程。
 
     一般来说我们写的控制台程序都只使用了一个线程，从第一条语句按顺序执行到最后一条。但在很多的情况下，这种简单的模型会在性能或用户体验上不好。
     例如：服务器要同时处理来自多个客户端程序的请求，又要等待数据库和其它设备的响应，这将严重影响性能。程序不应该将时间浪费在响应上，而要在等待的同时执行其它任务！
     现在我们开始进入异步编程。在异步程序中，代码不需要按照编写时的顺序执行。这时我们需要用到 C# 5.0 引入的 async/await 来构建异步方法。
 
     我们先看一下不用异步的示例：
<div class="cnblogs_code">
<pre>class Program
{
 //创建计时器
 private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();

 private static void Main(string[] args)
 {
 //启动计时器
 Watch.Start();

 const string url1 = "http://www.cnblogs.com/";
 const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/";

 //两次调用 CountCharacters 方法（下载某网站内容，并统计字符的个数）
 var result1 = CountCharacters(1, url1);
 var result2 = CountCharacters(2, url2);

 //三次调用 ExtraOperation 方法（主要是通过拼接字符串达到耗时操作）
 for (var i = 0; i < 3; i++)
 {
 ExtraOperation(i + 1);
 }

 //控制台输出
 Console.WriteLine($"{url1} 的字符个数：{result1}");
 Console.WriteLine($"{url2} 的字符个数：{result2}");

 Console.Read();
 }

 /// <summary>
 /// 统计字符个数
 /// </summary>
 /// <param name="id"></param>
 /// <param name="address"></param>
 /// <returns></returns>
 private static int CountCharacters(int id, string address)
 {
 var wc = new WebClient();
 Console.WriteLine($"开始调用 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");

 var result = wc.DownloadString(address);
 Console.WriteLine($"调用完成 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");

 return result.Length;
 }

 /// <summary>
 /// 额外操作
 /// </summary>
 /// <param name="id"></param>
 private static void ExtraOperation(int id)
 {
 //这里是通过拼接字符串进行一些相对耗时的操作
 var s = "";

 for (var i = 0; i < 6000; i++)
 {
 s += i;
 }

 Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
 }
}</pre>
</div>
 
 
                                            <img class="has" src="https://images2015.cnblogs.com/blog/711762/201609/711762-20160903123117136-1884444760.png" alt="">
                                                         图1-1 运行的效果图，以毫秒（ms）为单位
 
　　【备注】一般来说，直接拼接字符串是一种比较耗性能的手段，如果对字符串拼接有性能要求的话应该使用 StringBuilder。
　　【注意】每次运行的结果可能不同。不管哪次调试，绝大部分时间都浪费前两次调用（CountCharacters 方法），即在等待网站的响应上。
 
<img class="has" src="https://images2015.cnblogs.com/blog/711762/201609/711762-20160903124449855-872571744.png" alt="">
　　                                                            图1-2 根据执行结果所画的时间轴
 
     有人曾幻想着这样提高性能的方法：在调用 A 方法时，不等它执行完，直接执行 B 方法，然后等 A 方法执行完成再处理。
     C# 的 async/await 就可以允许我们这么弄。
<div class="cnblogs_code">
<pre>class Program
{
 //创建计时器
 private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();

 private static void Main(string[] args)
 {
 //启动计时器
 Watch.Start();

 const string url1 = "http://www.cnblogs.com/";
 const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/";

 //两次调用 CountCharactersAsync 方法（异步下载某网站内容，并统计字符的个数）
 Task<int> t1 = CountCharactersAsync(1, url1);
 Task<int> t2 = CountCharactersAsync(2, url2);

 //三次调用 ExtraOperation 方法（主要是通过拼接字符串达到耗时操作）
 for (var i = 0; i < 3; i++)
 {
 ExtraOperation(i + 1);
 }

 //控制台输出
 Console.WriteLine($"{url1} 的字符个数：{t1.Result}");
 Console.WriteLine($"{url2} 的字符个数：{t2.Result}");

 Console.Read();
 }

 /// <summary>
 /// 统计字符个数
 /// </summary>
 /// <param name="id"></param>
 /// <param name="address"></param>
 /// <returns></returns>
 private static async Task<int> CountCharactersAsync(int id, string address)
 {
 var wc = new WebClient();
 Console.WriteLine($"开始调用 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");

 var result = await wc.DownloadStringTaskAsync(address);
 Console.WriteLine($"调用完成 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");

 return result.Length;
 }

 /// <summary>
 /// 额外操作
 /// </summary>
 /// <param name="id"></param>
 private static void ExtraOperation(int id)
 {
 //这里是通过拼接字符串进行一些相对耗时的操作
 var s = "";

 for (var i = 0; i < 6000; i++)
 {
 s += i;
 }

 Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
 }
}

//这是修改后的代码</pre>
</div>
 
                                             <img class="has" src="https://images2015.cnblogs.com/blog/711762/201609/711762-20160903125629652-1088621171.png" alt="">
                                                                            图1-3 修改后的执行结果图
<img class="has" src="https://images2015.cnblogs.com/blog/711762/201609/711762-20160903141536808-5063826.png" alt="">
                                                       图1-4 根据加入异步后的执行结果画的时间轴。
 
　　我们观察时间轴发现，新版代码比旧版快了不少（由于网络波动的原因，很可能会出现耗时比之前长的情况）。这是由于 ExtraOperation 方法的数次调用是在 CountCharactersAsync 方法调用时等待响应的过程中进行的。所有的工作都是在主线程中完成的，没有创建新的线程。
 
　　【改动分析】只改了几个细节的地方，直接展开代码的话可能看不出来，改动如下：
 　　                            <img class="has" src="https://images2015.cnblogs.com/blog/711762/201609/711762-20160903130918058-206261128.png" alt="">
                                                                                              图1-5
                                     <img class="has" src="https://images2015.cnblogs.com/blog/711762/201609/711762-20160903131602824-775867758.png" alt="">
　　                                                                                        图1-6
 
　　①从 Main 方法执行到 CountCharactersAsync(1, url1) 方法时，该方法会立即返回，然后才会调用它内部的方法开始下载内容。该方法返回的是一个 Task<int> 类型的占位符对象，表示计划进行的工作。这个占位符最终会返回 int 类型的值。
　　②这样就可以不必等 CountCharactersAsync(1, url1) 方法执行完成就可以继续进行下一步操作。到执行 CountCharactersAsync(2, url2)  方法时，跟 ① 一样返回 Task<int> 对象。
　　③然后，Main 方法继续执行三次 ExtraOperation 方法，同时两次 CountCharactersAsync 方法依然在持续工作。
　　④t1.Result 和 t2.Result 是指从 CountCharactersAsync 方法调用的 Task<int> 对象取结果，如果还没有结果的话，将阻塞，直有结果返回为止。
 
<h2>二、async/await 结构</h2>
     先解析一下专业名词：
     同步方法：一个程序调用某个方法，等到其执行完成之后才进行下一步操作。这也是默认的形式。
     异步方法：一个程序调用某个方法，在处理完成之前就返回该方法。通过 async/await 我们就可以实现这种类型的方法。
 
     async/await 结构可分成三部分：
     （1）调用方法：该方法调用异步方法，然后在异步方法执行其任务的时候继续执行；
     （2）异步方法：该方法异步执行工作，然后立刻返回到调用方法；
     （3）await 表达式：用于异步方法内部，指出需要异步执行的任务。一个异步方法可以包含多个 await 表达式（不存在 await 表达式的话 IDE 会发出警告）。
 
　　现在我们来分析一下示例。
                           <img class="has" src="https://images2015.cnblogs.com/blog/711762/201609/711762-20160903144906215-1165196016.png" alt="">
　　                                                                                          图2-1
 
<h2> 三、What’s 异步方法</h2>
     异步方法：在执行完成前立即返回调用方法，在调用方法继续执行的过程中完成任务。
     语法分析：
     （1）关键字：方法头使用 async 修饰。
     （2）要求：包含 N（N>0）个 await 表达式（不存在 await 表达式的话 IDE 会发出警告），表示需要异步执行的任务。
     （3）返回类型：只能返回 3 种类型（void、Task 和 Task<T>）。Task 和 Task<T> 标识返回的对象会在将来完成工作，表示调用方法和异步方法可以继续执行。
     （4）参数：数量不限，但不能使用 out 和 ref 关键字。
     （5）命名约定：方法后缀名应以 Async 结尾。
     （6）其它：匿名方法和 Lambda 表达式也可以作为异步对象；async 是一个上下文关键字；关键字 async 必须在返回类型前。
                                   <img class="has" src="https://images2015.cnblogs.com/blog/711762/201609/711762-20160904140055229-955608586.png" alt="">
                                                                           图3-1 异步方法的简单结构图
 
<h2> </h2>
<h2 id="2732831140"><code style="font-size: 14px">async/await</code>的优雅的打开方式是这样的：</h2>
<pre><code id="copy_target_6" class="language-C# hljs">private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
 {
 var t = Task.Run(() => {
 Thread.Sleep(5000);
 return "Hello I am TimeConsumingMethod";
 });
 textBox1.Text = await t;
 }
</code></pre>
寥寥几行就搞定了，不用再多写那么多函数，使用起来也很灵活。最让人头疼的跨线程修改控件的问题完美解决了，再也不用使用Invoke了，因为修改控件的操作压根就是在原来的线程上做的，还能不阻塞UI。

</div>
<div id="MySignature" role="contentinfo">
----------------------------------------------------------------- 
<div>
<ul style="padding: 0px">
<li>我做的各种程序们</li>
<li>小y的QQ：28657321 （欢迎交流）</li>
</ul>
</div> 
来源：https://www.cnblogs.com/tuyile006/p/12605523.html

頁: [1]

琼殿技术论坛's Archiver

C# 彻底搞懂async/await