前不久，在工作中由于預設（xihuan）使用Async、Await關鍵字受到了很多質問，是以由此引發這篇博文“為什麼我們要用Async/Await關鍵字”，請聽下面分解：

Async/Await關鍵字

Visual Studio（.net framework 4.5）提供了異步程式設計模型，相比之前實作方式，新的異步程式設計模型降低了使用的複雜度并且更容易維護和調試，編譯器代替使用者做了很多複雜的工作來實作異步程式設計模型[^4]。

調用異步方法AccesstheWebAsync
建立HttpClient執行個體，并使用HttpClient擷取異步資料。
利用Task執行擷取資料方法（假設擷取資料需要很長時間），不阻塞目前線程，getStringTask代表進行中的任務。
因為getStringTask還沒有使用await 關鍵字，使之可以繼續執行不依賴于其傳回結果的其他任務，同步執行DoIndependentWork。
當同步任務DoIndependentWork執行完畢之後，傳回調用給AccessTheWebAsync線程。
使用await強制等待getStringTask完成，并擷取基于Task<String>類型的傳回值。(如果getStringTask在同步方法DoIndependentWork執行之前完成，調用會傳回給AccessTheWebAsync線程，調用await将會執行不必要的挂起操作)
當擷取web資料之後，傳回結果記錄在Task中并傳回給await調用處（當然，傳回值并沒有在第二行傳回）。
擷取資料并傳回計算結果。

刨根問底

以上是官方給的說明文檔，例子詳盡表達清楚，但是有一個問題沒有解決（被證明）：

1. 當線程在await處傳回給線程池之後，該線程是否“真的”被其他請求所消費?

2. 伺服器線程資源是一定的，是誰在真正執行Await所等待的操作，或者說異步IO操作？

3. 如果使用IO線程執行異步IO操作，相比線程池的線程有什麼優勢？或者說異步比同步操作優勢在哪裡？

前提條件：

1. 相對Console應用程式來說，可以使用ThreadPool的SetMaxThread來模拟目前程序所支援的最大工作線程和IO線程數。

2. 通過ThreadPool的GetAvailableThreads可以獲得目前程序工作線程和IO線程的可用數量。

3. ThreadPool是基于程序的，每一個程序有一個線程池，IIS Host的程序可以單獨管理線程池。

4. 如果要真正意義上的模拟異步IO線程操作檔案需要設定FileOptions.Asynchronous，而不是僅僅是使用BeginXXX一類的方法，詳情請參考[^1]的異步IO線程。

5. 在驗證同步和異步調用時，執行的任務數量要大于目前最大工作線程的2倍，這樣才可以測出當Await釋放工作線程後，其他請求可繼續利用該線程。

結論：

1. Await使用異步IO線程來執行，異步操作的任務，釋放工作線程回線程池。

2. 線程池分為工作線程和異步IO線程，分别執行不同級别的任務。

3. 使用Await來執行異步操作效率并不總是高于同步操作，需要根據異步執行長短來判斷。

4. 當工作線程和IO線程互相切換時，會有一定性能消耗。

各位可以Clone代碼，并根據Commit去Review代碼，相信大家能了解代碼意圖，如果不能，請留言，我改進：）

[GitHubRepo](https://github.com/Cuiyansong/Why-To-Use-Async-Await-In-DotNet.git)

為什麼我們要使用Async、Await關鍵字

using System;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
 
namespace AsyncAwaitConsole
{
    class Program
    {
        static int maxWorkerThreads;
        static int maxAsyncIoThreadNum;
        const string UserDirectory = @"files\";
        const int BufferSize = 1024 * 4;
 
        static void Main(string[] args)
        {
            AppDomain.CurrentDomain.ProcessExit += (sender, eventArgs) =>
            {
                Directory.Delete("files", true);
            };
 
            maxWorkerThreads = Environment.ProcessorCount;
            maxAsyncIoThreadNum = Environment.ProcessorCount;
            ThreadPool.SetMaxThreads(maxWorkerThreads, maxAsyncIoThreadNum);
 
            LogRunningTime(() =>
            {
                for (int i = 0; i < Environment.ProcessorCount * 2; i++)
                {
                   Task.Factory.StartNew(SyncJob, new {Id = i});
                }
            });
 
            Console.WriteLine("===========================================");
 
            LogRunningTime(() =>
            {
                for (int i = 0; i < Environment.ProcessorCount * 2; i++)
                {
                    Task.Factory.StartNew(AsyncJob, new { Id = i });
                }
            });
 
            Console.ReadKey();
        }
 
        static void SyncJob(dynamic stateInfo)
        {
            var id = (long)stateInfo.Id;
            Console.WriteLine("Job Id: {0}, sync starting...", id);
 
            using (FileStream sourceReader = new FileStream(UserDirectory + "BigFile.txt", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, BufferSize))
            {
                using (FileStream destinationWriter = new FileStream(UserDirectory + $"CopiedFile-{id}.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.None, BufferSize))
                {
                    CopyFileSync(sourceReader, destinationWriter);
                }
            }
            Console.WriteLine("Job Id: {0}, completed...", id);
        }
 
        static async Task AsyncJob(dynamic stateInfo)
        {
            var id = (long)stateInfo.Id;
            Console.WriteLine("Job Id: {0}, async starting...", id);
 
            using (FileStream sourceReader = new FileStream(UserDirectory + "BigFile.txt", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, BufferSize, FileOptions.Asynchronous))
            {
                using (FileStream destinationWriter = new FileStream(UserDirectory + $"CopiedFile-{id}.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.None, BufferSize, FileOptions.Asynchronous))
                {
                    await CopyFilesAsync(sourceReader, destinationWriter);
                }
            }
            Console.WriteLine("Job Id: {0}, async completed...", id);
        }
 
        static async Task CopyFilesAsync(FileStream source, FileStream destination)
        {
            var buffer = new byte[BufferSize + 1];
            int numRead;
            while ((numRead = await source.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length)) != 0)
            {
                await destination.WriteAsync(buffer, 0, numRead);
            }
        }
 
        static void CopyFileSync(FileStream source, FileStream destination)
        {
            var buffer = new byte[BufferSize + 1];
            int numRead;
            while ((numRead = source.Read(buffer, 0, buffer.Length)) != 0)
            {
                destination.Write(buffer, 0, numRead);
            }
        }
 
        static void LogRunningTime(Action callback)
        {
            var awailableWorkingThreadCount = 0;
            var awailableAsyncIoThreadCount = 0;
 
            var watch = Stopwatch.StartNew();
            watch.Start();
 
            callback();
 
            while (awailableWorkingThreadCount != maxWorkerThreads)
            {
                Thread.Sleep(500);
                ThreadPool.GetAvailableThreads(out awailableWorkingThreadCount, out awailableAsyncIoThreadCount);
 
                Console.WriteLine("[Alive] working thread: {0}, async IO thread: {1}", awailableWorkingThreadCount, awailableAsyncIoThreadCount);
            }
 
            watch.Stop();
            Console.WriteLine("[Finsih] current awailible working thread is {0} and used {1}ms", awailableWorkingThreadCount, watch.ElapsedMilliseconds);
        }
    }
}

View Code

注：Async/Await并沒有建立新的線程，而是基于目前同步上線文的線程，相比Thread/Task或者是基于線程的BackgroundWorker使用起來更友善。Async關鍵字的作用是辨別在Await處需要等待方法執行完成，過多的await不會導緻編譯器錯誤，但如果沒有await時，方法将轉換為同步方法.

基于IIS Host的應用程式

1. IIS 可以托管ThreadPool，通過在IIS Application Pool中增加，并且可以設定Working Thread 和 Async IO Thread 數目。

2. 服務端接受請求并從線程池中擷取目前閑置的線程進行處理，如果是同步處理請求，目前線程等待處理完成然後傳回給線程池. 伺服器線程數量有限，當超過IIS所能處理的最大請求時，将傳回503錯誤。

3. 服務端接受請求并異步處理請求時，當遇到異步IO類型操作時，目前線程傳回給線程池。當異步操作完成時，從線程池中拿到新的線程并繼續執行任務，直至完成後續任務[^7]。

例如，在MVC Controller中加入awaitable方法，證明當遇到阻塞任務時，目前線程立即傳回線程池。當阻塞任務完成時，将從線程池中擷取新的線程執行後續任務：

　　　　var availableWorkingThreadCount = 0;

var availableAsyncIoThreadCount = 0;

ThreadPool.GetAvailableThreads(out availableWorkingThreadCount, out availableAsyncIoThreadCount);

AddErrors(new IdentityResult(string.Format("[IIS Host] Thread Id {0}, ThreadPool Thread: {1}",

Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread)));

AddErrors(new IdentityResult(string.Format("[IIS Host] current working thread: {0}, current async thread: {1}", availableWorkingThreadCount, availableAsyncIoThreadCount)));

HttpClient httpClient = new HttpClient();

var response = httpClient.GetStringAsync("https://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.threading.thread.isthreadpoolthread(v=vs.110).aspx");

await response;

Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread)));

[IIS Host] Thread Id 4, ThreadPool Thread: True

[IIS Host] current working thread: 4094, current async thread: 1000

[IIS Host] Thread Id 9, ThreadPool Thread: True

同步方法應用場景：

請求處理非常快
代碼簡潔大于代碼效率
主要是基于CPU耗時操作

異步方法應用場景：

基于Network或者I/O類型操作，而非CPU耗時操作
當阻塞操作成為瓶頸時，通過異步方法能使IIS處理更多的請求
并行化處理比代碼簡潔更重要
提供一種機制可以讓使用者取消長時間運作的請求

引用

[^1] 《CLR via C# Edition3》 25章線程基礎

[^2]百科-蜜蜂舞：http://baike.baidu.com/link?url=ixwDjgocRIg4MJGTQyR3mUC1fspHZtfPYEtADfJAJdC6X0xIVU4lJUe2iVvCNHEj3JeE1JalBCNyyPcVMdhaoyBFz_xXcLPMEJ_2iUcHjithF8_F8A9yI61EAzpmpYR4

[^3] 異步程式設計模型：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/mt674882.aspx

[^4] C# Async、Await關鍵字：https://msdn.microsoft.com/library/hh191443(vs.110).aspx

[^5] Task Best Practice[Stephen Cleary]: https://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/jj991977.aspx

[^6] 異步程式設計模型最佳實踐中文翻譯版：http://www.cnblogs.com/farb/p/4842920.html

[^7] 同步vs異步Controller：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ee728598%28v=vs.100%29.aspx

[^8] IIS 優化： https://docs.microsoft.com/en-us/aspnet/mvc/overview/performance/using-asynchronous-methods-in-aspnet-mvc-4

作者：Stephen Cui

出處：http://www.cnblogs.com/cuiyansong

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為什麼我們要使用Async、Await關鍵字

Async/Await關鍵字

刨根問底

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