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C#中怎么实现异步编程

这篇文章给大家介绍C#中怎么实现异步编程，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

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异步方法基础及其运行流程

Async和Await

异步方法使用async修饰，该方法包含一个或多个await表达式或语句，方法同步运行，直至到达第一个 Await，此时暂停，直到等待的任务完成，在任务完成后，控制权返回给方法的调用方。如果方法中并不包含await，则该方法不会像同步方法一样被挂起。

异步方法通常包含await运算符的一个或多个实例，但缺少await表达式也不会导致生成编译器错误，之会因为没有await而发出警告，但编译依然通过。

异步方法使用await关键字来确定等待位置，但await表达式并不阻止正在执行到此位置的线程，也就是说异步方法在await表达式执行时只是暂停，并不会导致方法退出，只会导致finally代码块不运行。异步方法只有在等待的任务完成后，才能通过该位置并继续执行剩下的逻辑，控制权也在此处返回给异步方法的调用方。

如果异步方法未使用Await运算符标记暂停点，那么异步方法会作为同步方法执行，即使有Async修饰符，也不例外。如以下示例

   1:  public async static Task GetUserInfoAsync()
   2:  {
   3:      User user = await db.User.FirstOrDefaultAsync();//此处会挂起
   4:
   5:      Task user = db.User.FirstOrDefaultAsync();//此处不会挂起，注意此处，返回值也变了，接下来会讨论一下异步方法的返回值
   6:
   7:      return string.Empty;
   8:  }
 

具MSDN描述，aysnc关键字是一个非保留的关键字。在修饰方法或 lambda 表达式时，它是关键字，await也作为关键字存在。在所有其他上下文中，async和await都会将其解释为标识符。不过开发人员可以不用太过关注这段，只需要知道aysnc会将一个方法标识成异步方法，而await可以挂起异步方法的执行即可。


 

关键点

1、和被async修饰的方法不一样，如果方法中含有await关键字，方法必须使用async标识符，否则编译不通过。

2、在异步编程过程中，比较推荐的做法是，被标记了async关键字的异步方法应该包含至少一个await表达式或语句。

3、异步方法的命名以Async结尾 

异步返回类型和异常处理

需要说明的是，本文所讨论的异步方法指的是基于任务的异步编程模型，返回值是，Task或Task。

1、如果方法需要返回string类型，那么将返回Task。如果方法没有指定返回类型，那么将返回Task。每个返回的任务都表示正在进行的工作，任务封装有关异步进程状态的信息，如果未成功，则会引发异常。异步方法返回 Task 或 Task。返回任务的属性携带有关其状态和历史记录的信息，如任务是否完成、异步方法是否导致异常或已取消以及最终结果是什么。可使用await运算符访问这些属性。

   1:  public async static Task GetUserInfoAsync()
   2:  {
   3:      User user = await db.User.FirstOrDefautAsync();
   4:
   5:      return user;
   6:  }

2、如果等待的任务返回异步方法导致异常，则 await 运算符会以同步方式抛出异常。如果等待的返回任务的异步方法取消，await运算符引发OperationCanceledException。如果异步方法中没有使用await阻塞，可以使用try-catch捕捉异常，只是异常发生的时机可能会滞后。

异步方法的运行流程

了解异步方法的运行机制，就是要了解异步编程中的控制流是如何一步步执行的。如果需要详细了解控制流，可以异步到MSDN中查看。

下图及其描述摘自MSDN：

C#中怎么实现异步编程

关系图中的数值对应于以下步骤。

  1. 事件处理程序调用并等待 AccessTheWebAsync 异步方法。

  2. AccessTheWebAsync 创建HttpClient实例并调用GetStringAsync异步方法，获取的内容字符串方式返回。

  3. GetStringAsync 中发生了某种情况，该情况挂起了它的进程。可能必须等待其他阻止任务完成。为避免阻止资源，GetStringAsync 会将控制权出让给其调用方 AccessTheWebAsync。 GetStringAsync 返回Task，其中 TResult 为字符串，并且 AccessTheWebAsync 将任务分配给 getStringTask 变量。该任务将调用GetStringAsync正在进行的进程，在调用完成时产生返回字符串给urlcontent。

  4. 由于尚未等待 getStringTask，因此，AccessTheWebAsync 可以继续执行而不依赖于 GetStringAsync 最终结果的完成。该任务继续调用同步方法 DoIndependentWork。

  5. DoIndependentWork 作为一个同步方法，在自身工作完成后返回到调用方。

  6. AccessTheWebAsync 已运行完毕，可以不受 getStringTask 的结果影响。接下来，AccessTheWebAsync 需要计算并返回已下载的字符串的长度，但该方法只有在获得字符串的情况下才能计算该值。

    因此，AccessTheWebAsync 使用一个 await 运算符来挂起其任务，并把控制权交给调用 AccessTheWebAsync 的事件处理程序。 AccessTheWebAsync 将 Task返回给调用方。该任务将计算下载字符串长度。 

  7. GetStringAsync 完成并生成一个字符串结果。字符串结果不是通过按你预期的方式调用 GetStringAsync 所返回的。（记住，该方法已返回步骤 3 中的一个任务）。相反，字符串结果存储在表示 getStringTask 方法完成的任务中。await 运算符从 getStringTask 中检索结果。赋值语句将检索到的结果赋给 urlContents。

  8. 当 AccessTheWebAsync 获取字符串结果时，该方法可以计算字符串长度。然后，AccessTheWebAsync 工作也将完成，并且等待事件处理程序的继续使用。事件处理程序也将最终获得字符串的长度信息。

注意：

如果 GetStringAsync（因此 getStringTask）在 AccessTheWebAsync 等待前完成，则控制权会保留在 AccessTheWebAsync中。如果异步调用过程 (AccessTheWebAsync) 已完成，并且 AccessTheWebSync 不必等待最终结果，则挂起然后返回到 getStringTask 将造成资源浪费。

在调用方内部（此示例中的事件处理程序），处理模式将继续。在等待结果前，调用方可以开展不依赖于 AccessTheWebAsync 结果的其他工作，否则就需等待片刻。事件处理程序等待 AccessTheWebAsync，而 AccessTheWebAsync 等待 GetStringAsync。

异步编程对性能的影响

 在.NET异步编程中，async和await不会创建其他线程，同时异步方法不会在其自身线程上运行，因此它不需要多线程。只有当方法处于活动状态时，该方法将在当前同步上下文中运行并使用线程上的时间。可以使用Task.Run将占用大量CPU的工作移到后台线程，但是后台线程不会帮助正在等待结果的进程变为可用状态。

对于异步编程而言，基于异步的方法优于几乎每个用例中的现有方法。具体而言，这种方法优于BackgroundWorker的I/O绑定操作因为代码更简单且无需防止争用条件。结合Task.Run使用时，异步编程比BackgroundWorker更适用于CPU绑定的操作，因为异步编程将运行代码的协调细节与Task.Run传输至线程池的工作区分开来。

那么异步编程对线程的影响又是什么呢，相比大家应该都知道，ASP.NET中有两类线程，工作线程，和IO线程。

其中工作线程处理普通请求的线程，也是我们用得最多的线程。这个线程是有限的，是根CPU的个数相关的。IO线程，比如与文件读写，网络操作等是可以异步实现并且使性能提升的地方。I/O线程通常情况下是空闲的。所以可以使用IO线程来代替工作线程，一方面充分运用了系统资源，另一方面也节省了工作线程调度及切换所带来的损耗。

由此我们需要明白，在I/O密集型处理时，使用异步可以带来很大的提升，比如数据库操作以及网络操作。

即便异步编程带来性能的提升，但是运用不慎，也会对系统性能产生反作用，比如直接使用Task.Run或者Task.Factory.StartNew所带来的异步编程，这些方式会占用工作线程以及工作线程之间的切换。 

异步编程需要注意的地方


 

1、同时async和await侵入性或者传递性很强，所有调用的地方都需要同步使用async和await，这对系统中老代码的修改产生了很大的影响。

2、异步编程中无法使用lock锁，因为异步方法不会在自身线程上运行，lock就变成了多余的了。但异步编程场景下可以使用AsyncLock锁，对相应的代码进行锁定。

3、异步编程里，比较推荐的做法是避免上线文延续，此处不再做更多说明，参考我的前一篇文章《异步编程（一）》

4、异步编程是否真的提升了系统性能，目前来看大多数场景下是提升了，尤其在I/O操作比较密集的业务场景下，比如查询数据库和网络调用。

关于C#中怎么实现异步编程就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。


名称栏目：C#中怎么实现异步编程
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