了解異步

同步任務（一般指方法）：一個應用程式調用某個方法，等到其執行完才進行下一步操作。

異步任務（一般指方法）：一個程式調用某一方法，在處理完成前就傳回該方法，不需要等待方法完成就可以繼續執行後面的代碼。

異步的好處在于非阻塞（調用線程不會贊同執行去等待子線程完成），是以我們把一些不需要立即使用結果、較耗時的任務設為異步執行，可以提高程式的運作效率。

異步方法

微軟極力推薦基于Task任務的async和await關鍵字實作方法的異步調用，也稱為基于任務的異步模式，簡稱TAP（Task-base asynchronous pattern）。C#5.0中的async和await關鍵字隻是編譯器功能，C#編譯器在内部還是會使用Task類建立代碼的。

異步方法定義

方法上要有async關鍵字，放在通路修飾符後面。

方法名最好以Async結尾，表示這是一個異步方法，從方法名就能識别出來。

方法的傳回值類型隻能是3種：Task、Task、void。

方法體代碼中要包含1個或多個await表達式，表示需要異步執行的任務，如果方法體中不存在await表達式，則與普通方法一樣執行。await後面跟一個Task.Run(…)或者直接調用其他的一個異步方法。

public async void Method1Async()
        {
            await Task.Run(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"I am Method1Async {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                }
            });
        }

        public async Task Method2Async()
        {
            await Task.Run(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 10; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"I am Method2Async  {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                }
            });
        }

        public async Task<string> Method3Async()
        {
            string res = await Task<string>.Run(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"I am Method3Async  {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                }
                return "I am Method3Async";
            });
            return res;
        }

異步方法調用

調用void傳回類型的異步方法

static void Main(string[] args)
    {
        Foo foo = new Foo();

        Console.WriteLine($"begin Method1Async {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        foo.Method1Async();//執行到這句的時候不會阻塞，而是會繼續執行下面的代碼
        Console.WriteLine($"end Method1Async {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    }

output:
begin Method1Async 1
I am Method1Async CurrentThread:4 0
I am Method1Async CurrentThread:4 1
I am Method1Async CurrentThread:4 2
I am Method1Async CurrentThread:4 3
I am Method1Async CurrentThread:4 4
I am Method1Async CurrentThread:4 5
I am Method1Async CurrentThread:4 6
I am Method1Async CurrentThread:4 7
I am Method1Async CurrentThread:4 8
I am Method1Async CurrentThread:4 9
end Method1Async 1
I am Method1Async CurrentThread:4 10
I am Method1Async CurrentThread:4 11
I am Method1Async CurrentThread:4 12
I am Method1Async CurrentThread:4 13
I am Method1Async CurrentThread:4 14
I am Method1Async CurrentThread:4 15
I am Method1Async CurrentThread:4 16
I am Method1Async CurrentThread:4 17
I am Method1Async CurrentThread:4 18
I am Method1Async CurrentThread:4 19
I am Method1Async CurrentThread:4 20
I am Method1Async CurrentThread:4 21
I am Method1Async CurrentThread:4 22
I am Method1Async CurrentThread:4 23
I am Method1Async CurrentThread:4 24
I am Method1Async CurrentThread:4 25
I am Method1Async CurrentThread:4 26
I am Method1Async CurrentThread:4 27
I am Method1Async CurrentThread:4 28

我們可以看到，異步方法中的列印内容還沒有執行100次就結束了，這是因為在執行異步方法的時候不會阻塞，而是會繼續執行異步方法後面的代碼，是以我們看到“end Method1Async 1”是在中間列印的。這句話列印完了之後Main方法就執行完畢了，程式結束，是以最終異步方法沒有執行完畢就終止了。建議在正式項目中不要使用void傳回類型的異步方法。

調用Task傳回類型的異步方法

static void Main(string[] args)
        {
            Foo foo = new Foo();
            
            Console.WriteLine($"begin Method2Async {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Task task = foo.Method2Async();//異步方法不會阻塞 會立刻執行下面的代碼

            Console.WriteLine($"Task Id:{task.Id}  Task Status:{task.Status}");
            task.Wait();//在這裡會進行無限等待，但是主線程是釋放的，也不會阻塞（控制台還可以移動），隻到待異步方法的完成後繼續執行下面的代碼。
            //task.Wait(1000);//隻等待10000ms,即使異步方法沒有結束也會繼續執行下面的代碼
            Console.WriteLine($"Task Id:{task.Id}  Task Status:{task.Status}");//可以看看異步方法結束後的狀态

            Console.WriteLine($"end Method2Async {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }

output：
begin Method2Async 1
I am Method2Async CurrentThread:4 0
Task Id:2  Task Status:WaitingForActivation
I am Method2Async CurrentThread:4 1
I am Method2Async CurrentThread:4 2
I am Method2Async CurrentThread:4 3
I am Method2Async CurrentThread:4 4
I am Method2Async CurrentThread:4 5
I am Method2Async CurrentThread:4 6
I am Method2Async CurrentThread:4 7
I am Method2Async CurrentThread:4 8
I am Method2Async CurrentThread:4 9
Task Id:2  Task Status:RanToCompletion
end Method2Async 1

由于傳回的是Task類型，是以我們可以擷取與任務相關的資訊（Status、Id等資訊），甚至可以執行Wait方法、WaitAny和WaitAll等方法。

值得一提的是Wait()方法，如果需要等待異步方法執行完畢則需要調用Wait()方法。

調用Task傳回類型的異步方法

static void Main(string[] args)
        {
            Foo foo = new Foo();
            
            Console.WriteLine($"begin Method1Async {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Task<string> task = foo.Method3Async();
            Console.WriteLine(task.Result);//如果沒有在異步方法沒有完成的時候調用Result屬性，那麼在此處會自動Wait(),直到異步方法執行完成。

            //task.Wait();//在這裡會進行無限等待，但是主線程是釋放的，也不會阻塞（控制台還可以移動），隻到待異步方法的完成後繼續執行下面的代碼。
            //task.Wait(1000);//隻等待10000ms,即使異步方法沒有結束也會繼續執行下面的代碼
            Console.WriteLine($"Task Id:{task.Id}  Task Status:{task.Status}");//可以看看異步方法結束後的狀态

            Console.WriteLine($"end Method3Async {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }

Task中T類型就是Result屬性的類型，也就是異步方法中return的類型。如果在異步方法執行過程中調用Result屬性，那麼就相當于調用了Wait()方法，再調用Result屬性得到異步方法的傳回結果。

值得一提的是Task類繼承自Task類型，是以T在ask類中的屬性和方法，Task對象也可以直接調用。

異步方法中就是簡單新開了一個線程嗎？

要回答上述問題，我們将第二個異步方法修改為如下：

public async Task Method2Async()
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine($"before TaskRun CurrentThread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} {i}");
            }

            await Task.Run(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 10; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"I am Method2Async CurrentThread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} {i}");
                }
            });

            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine($"after TaskRun CurrentThread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} {i}");
            }
        }

在Main方法中執行如下：

static void Main(string[] args)
        {
            Foo foo = new Foo();
            Console.WriteLine($"begin Method2Async CurrentThread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Task task = foo.Method2Async();//異步方法不會阻塞 會立刻執行下面的代碼

            Console.WriteLine($"Task Id:{task.Id}  Task Status:{task.Status}");
            task.Wait();//在這裡會進行無限等待，但是主線程是釋放的，也不會阻塞（控制台還可以移動），隻到待異步方法的完成後繼續執行下面的代碼。
            //task.Wait(1000);//隻等待10000ms,即使異步方法沒有結束也會繼續執行下面的代碼
            Console.WriteLine($"Task Id:{task.Id}  Task Status:{task.Status}");//可以看看異步方法結束後的狀态

            Console.WriteLine($"end Method2Async CurrentThread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }

列印結果為：

output:
begin Method2Async CurrentThread:1
before TaskRun CurrentThread:1 0
before TaskRun CurrentThread:1 1
before TaskRun CurrentThread:1 2
before TaskRun CurrentThread:1 3
before TaskRun CurrentThread:1 4
before TaskRun CurrentThread:1 5
before TaskRun CurrentThread:1 6
before TaskRun CurrentThread:1 7
before TaskRun CurrentThread:1 8
before TaskRun CurrentThread:1 9
Task Id:2  Task Status:WaitingForActivation
I am Method2Async CurrentThread:4 0
I am Method2Async CurrentThread:4 1
I am Method2Async CurrentThread:4 2
I am Method2Async CurrentThread:4 3
I am Method2Async CurrentThread:4 4
I am Method2Async CurrentThread:4 5
I am Method2Async CurrentThread:4 6
I am Method2Async CurrentThread:4 7
I am Method2Async CurrentThread:4 8
I am Method2Async CurrentThread:4 9
after TaskRun CurrentThread:4 0
after TaskRun CurrentThread:4 1
after TaskRun CurrentThread:4 2
after TaskRun CurrentThread:4 3
after TaskRun CurrentThread:4 4
after TaskRun CurrentThread:4 5
after TaskRun CurrentThread:4 6
after TaskRun CurrentThread:4 7
after TaskRun CurrentThread:4 8
after TaskRun CurrentThread:4 9
Task Id:2  Task Status:RanToCompletion
end Method2Async CurrentThread:1

我們可以看到，在異步方法中：await之前的代碼塊與調用線程相同的，await中的代碼塊是開啟了一個任務，會線上程池中去取一個線程執行這個任務，但是await之後的代碼塊是線程池中的線程相同的，并不是調用線程。。。。

在遇到awiat關鍵字之前，程式是按照代碼順序自上而下以同步方式執行的。

在遇到await關鍵字之後，系統做了以下工作：

異步方法将被挂起
将控制權傳回給調用者
使用線程池中的線程（而非額外建立新的線程）來計算await表達式的結果，是以await不會造成程式的阻塞
完成對await表達式的計算之後，若await表達式後面還有代碼則由執行await表達式的線程（不是調用方所在的線程）繼續執行這些代碼

是以，在調用：

後，并不會立刻執行下面的代碼塊，而是進入異步方法中，執行await表達式之前的代碼塊（是以我們看到執行這一塊代碼的線程與調用線程相同），直到遇到await表達式後，異步方法将被挂起，才會将控制權傳回給調用線程，繼續進行調用線程中的代碼。同時，會使用線程池中的線程（并不是建立新的線程）來執行await表達式，是以不會造成程式的阻塞。

當該線程執行完await表達式後，若後面還有代碼，則由該線程繼續執行。（是以我們看到執行這一塊的線程與await表達式中的線程相同）

是以，很多地方可以看到以下的寫法：

public async Task Method2Async()
        {
            await Task.Yield();//可等待的空任務，是以await後的語句，都是線程池中排程的線程執行的，并不是調用異步方法的線程執行的。
            //就是一個切換線程的操作。。。

            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine($"Method2Async Run CurrentThread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} {i}");
            }
        }

就是通過

await Task.Yield()

來切換線程。

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同步和異步

同步和異步關注的是消息通信機制。所謂同步，就是在發出一個調用後主動等待這個調用的結果。

而異步則相反，調用在發出之後，不會立刻的到結果，而是在調用發出後，被調用者通過狀态、通知來通知調用者，或者通過回調函數處理這個調用。

阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞關注的是程式在等待調用結果（消息、傳回值）時的狀态。阻塞調用是指調用結果傳回之前，目前線程會被挂起。調用線程隻有在得到結果之後才會傳回。

非阻塞調用指在不能立刻得到結果之前，該調用不會阻塞目前線程。

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