C#異步編程詳解

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C#教程|點擊：次

前言

本節(jié)主要介紹異步編程中Task、Async和Await的基礎知識。

什么是異步？

異步處理不用阻塞當前線程來等待處理完成，而是允許后續(xù)操作，直至其它線程將處理完成，并回調通知此線程。

異步和多線程

相同點：避免調用線程阻塞，從而提高軟件的可響應性。

不同點：

異步操作無須額外的線程負擔，并且使用回調的方式進行處理，在設計良好的情況下，處理函數(shù)可以不必使用共享變量（即使無法完全不用，最起碼可以減少共享變量的數(shù)量），減少了死鎖的可能。C#5.0 .NET4.5 以后關鍵字Async和Await的使用，使得異步編程變得異常簡單。

多線程中的處理程序依然是順序執(zhí)行，但是多線程的缺點也同樣明顯，線程的使用（濫用）會給系統(tǒng)帶來上下文切換的額外負擔。并且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現(xiàn)。

異步應用場景及原理

異步主要應用于IO操作，數(shù)據(jù)庫訪問，磁盤操作，Socket訪問、HTTP/TCP網(wǎng)絡通信

原因：對于IO操作并不需要CPU進行過多的計算，這些數(shù)據(jù)主要通過磁盤進行處理，如果進行同步通信無法結束，需要創(chuàng)建更多的線程資源，線程的數(shù)據(jù)上下文頻繁的切換也是對資源的浪費，針對IO操作不需要單獨的分配一個線程來處理。

舉例說明：

操作：服務器接收HTTP請求對數(shù)據(jù)庫進行操作然后返回

同步處理請求的線程會被阻塞，異步處理請求的線程不會阻塞。

任務

在使用任務之前，針對線程的調用大多都用線程池提供的靜態(tài)方法QueueUserWorkItem,但是這個函數(shù)有很多的限制，其中最大的問題就是沒有內部機制可以讓開發(fā)者知道操作在什么時候完成，也沒有機制在操作完成時獲取返回值，微軟為了解決這個問題引入了任務的概念。

首先構造一個Task<TResult>對象，并為TResult傳遞返回值，開始任務之后等待它并回去結果，示例代碼：

 static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("開始進行計算");
      // ThreadPool.QueueUserWorkItem(Sum, 10);
      Task<int> task = new Task<int>(Sum, 100);
      task.Start();
      //顯示等待獲取結果
      task.Wait();
      //調用Result時，等待返回結果
      Console.WriteLine("程序結果為 Sum = {0}",task.Result);
      Console.WriteLine("程序結束");
      Console.ReadLine();
    }
    public static int Sum(object i)
    {
      var sum = 0;
      for (var j = 0; j <= (int) i; j++)
      {
        Console.Write("{0} + ",sum);
        sum += j;
      }
      Console.WriteLine( " = {0}",sum);
      return sum;
    }

除了wait等待單個任務外，task還提供了等待多個任務，WaitAny和WaitAll，它阻止調用線程，直到數(shù)組中所有的Task對象完成。

取消任務

任務的取消同樣使用的是.NET Framework的標準取消操作模式，首先需要創(chuàng)建一個CancellationTokenSource對象，然后在函數(shù)中加入?yún)?shù)CancellationToken，將CancellationTokenSource的Token傳遞給方法，然后調用IsCancellationRequested獲取是否已經(jīng)取消該值進行判斷。

static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("開始進行計算");
      // ThreadPool.QueueUserWorkItem(Sum, 10);
      var ctx = new CancellationTokenSource();
      var task = new Task<int>(() => Sum(ctx.Token, 100000));
      task.Start();
      //顯示等待獲取結果
      //task.Wait(ctx.Token);
      Thread.Sleep(1000);
      ctx.Cancel();
      //調用Result時，等待返回結果
      Console.WriteLine("程序結果為 Sum = {0}", task.Result);
      Console.WriteLine("程序結束");
      Console.ReadLine();
    }
    public static int Sum(CancellationToken cts, object i)
    {
      var sum = 0;    
      for (var j = 0; j <= (int)i; j++)
      {
        if (cts.IsCancellationRequested) return sum;
        Thread.Sleep(50);
        Console.Write("{0} + ", sum);
        sum += j;
      }
      Console.WriteLine(" = {0}", sum);
      return sum;
    }

任務完成后自動啟動新任務

實際的開發(fā)應用中，經(jīng)常出現(xiàn)一次任務完成后立刻啟動另外一個任務，并且不能夠使線程阻塞，在任務尚未完成時調用result會使程序阻塞，無法查看任務的執(zhí)行進度，TASK提供了一個方法ContinueWith，它不會阻塞任何線程，當?shù)谝粋€任務完成時，會立即啟動第二個任務。

static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("開始進行計算");
      // ThreadPool.QueueUserWorkItem(Sum, 10);
      var ctx = new CancellationTokenSource();
      var task = new Task<int>(() => Sum(ctx.Token, 100000));
      task.Start();
      var cwt = task.ContinueWith(p =>
      {
        Console.WriteLine("task result ={0} ",task.Result);
      });
      //顯示等待獲取結果
      //task.Wait(ctx.Token);
      Thread.Sleep(1000);
      ctx.Cancel();
      //調用Result時，等待返回結果
      Console.WriteLine("程序結果為 Sum = {0}", task.Result);
      Console.WriteLine("程序結束");
      Console.ReadLine();
    }
    public static int Sum(CancellationToken cts, object i)
    {
      var sum = 0;    
      for (var j = 0; j <= (int)i; j++)
      {
        if (cts.IsCancellationRequested) return sum;
        Thread.Sleep(50);
        Console.Write("{0} + ", sum);
        sum += j;
      }
      Console.WriteLine(" = {0}", sum);
      return sum;
    }

Async&Await 簡單使用

使用Async&Await的主要目的是方便進行異步操作，因為.net 4.0 以前進行異步操作時比較復雜的，主要是通過調用微軟提供的異步回調方法進行編程，如果遇到需要自己實現(xiàn)的方法顯得非常頭疼，.net的各個版本都有自己主推的技術,像.NET1.1中的委托，.NET2.0中的泛型，.NET3.0中的Linq，.NET4.0中的Dynimac,.net4.5主推的就是異步編程，大家只需要了解TASK+異步函數(shù)就可以實現(xiàn)異步編程。

async：告訴CLR這是一個異步函數(shù)。

await：將Task<TResult>返回值的函數(shù)進行異步處理。

示例目的：獲取網(wǎng)址JS代碼，并在界面顯示。

private static async Task<string> DownloadStringWithRetries(string uri)
    {
      using (var client = new HttpClient())
      {
        // 第1 次重試前等1 秒，第2 次等2 秒，第3 次等4 秒。
        var nextDelay = TimeSpan.FromSeconds(1);
        for (int i = 0; i != 3; ++i)
        {
          try
          {
            return await client.GetStringAsync(uri);
          }
          catch
          {
          }
          await Task.Delay(nextDelay);
          nextDelay = nextDelay + nextDelay;
        }
        // 最后重試一次，以便讓調用者知道出錯信息。
        return await client.GetStringAsync(uri);
      }
    }

static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("獲取百度數(shù)據(jù)");
      ExecuteAsync();
      Console.WriteLine("線程結束");
      Console.ReadLine();
    }
    public static async void ExecuteAsync()
    {
      string text = await DownloadStringWithRetries("http://wwww.baidu.com");
      Console.WriteLine(text);
    }

運行結果發(fā)現(xiàn)，首先獲取百度數(shù)據(jù)，線程結束，最后顯示HTML代碼，這是因為異步開啟了新的線程，并不會造成線程阻塞。

以上就是本文的全部內容，希望本文的內容對大家的學習或者工作能帶來一定的幫助，同時也希望多多支持我們！

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