C#异步编程基础入门总结

参考网址：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/asynchronous-programming-patterns/

1.前言

*.NET Framework提供了执行异步操作的三种模式：

异步编程模型（APM）模式（也称为IAsyncResult的模式），其中异步操作要求Begin和End方法（例如，BeginWrite和EndWrite异步写入操作）。这种模式不再被推荐用于新开发。有关更多信息，请参阅异步编程模型（APM）。

基于事件的异步模式（EAP），它需要一个具有Async后缀的方法，并且还需要一个或多个事件，事件处理程序委托类型和被EventArg派生类型。EAP在.NET Framework 2.0中引入。不再推荐新的开发。有关更多信息，请参阅基于事件的异步模式（EAP）。

基于任务的异步模式（TAP），它使用单一方法来表示异步操作的启动和完成。TAP在.NET Framework 4中引入，是.NET Framework中推荐的异步编程方法。C＃中的async和等待关键字，Visual Basic语言中的Async和Await运算符为TAP添加语言支持。有关更多信息，请参阅基于任务的异步模式（TAP）。*

2.异步的应用场景

在计算机程序的运行中，计算是需要一定的时间的，在运算时间过长的任务时，比如上传大文件、读取文件流、数据库操作、httprequest等，如果是同步（synvronous）必须等待该任务执行完成才能继续下一个任务。使用异步（asynchronous）操作，会开启新的线程，不会等待异步操作完成才去执行后面的程序，相比异步编程优点：1.就是出现长时间处理程序时，不会卡界面，用户仍然可以操作UI界面2.提高程序运行效率，节约CPU资源，提供系统吞吐量。

3.进程和线程的关系

这个面试的时候基本上都会问到，简而言之就是：

一个程序都会有一个进程和一个线程，进程是由CPU进行调度分配资源的，有一个完整的虚拟地址空间，不依赖线程独立存在，反之线程是由进程来调度分配的，只是进程的一部分，没有自己的地址空间，与进程内的其他线程一起共享该进程的所有资源。打个简单的比方就像是线程就好比是人体的寄生虫，不能独立存在，必须依靠人（进程）的营养（资源）来生存（执行）

4.异步和多线程的区别

异步是相对同步而言的，我们知道异步是开启了新线程，但是和多线程不是一个概念，异步相当于一个人的“大脑”能够做试卷，又能够看电影，同时处理两件以上不同的事情。多线程好比多个人做不同的事情。

异步操作的本质

c#中异步和多线程的区别是什么呢？异步和多线程两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的，从而提高软件的可响应性。　所有的程序最终都会由计算机硬件来执行，无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。

线程的本质

线程不是一个计算机硬件的功能，而是操作系统提供的一种逻辑功能，线程本质上是进程中一段并发运行的代码，所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度

异步操作的优缺点

因为异步操作无须额外的线程负担，并且使用回调的方式进行处理，在设计良好的情况下，处理函数可以不必使用共享变量（即使无法完全不用，最起码可以减少共享变量的数量），减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高，程序主要使用回调方式进行处理，与普通人的思维方式有些出入，而且难以调试。

多线程的优缺点

　　多线程的优点很明显，线程中的处理程序依然是顺序执行，符合普通人的思维习惯，所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显，线程的使用（滥用）会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

适用范围

当需要执行I/O操作时，使用异步操作比使用线程+同步 I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写，还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨进程的调用。

而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合，例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往往由于使用线程编程的简单和符合习惯，所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅，如果需要处理大量的并发操作时就不合适了。

5.C#异步方式之一（ BeginInvoke、EndInvoke方法）

方式1：使用回调方法完成异步委托

先来看个例子，委托的异步调用，这个例子首先定义一个string类型的返回值、string类型的参数的委托。虽然这中模式不推荐被使用。

class

Program

delegate

string

SayHi(

string

name);

//定义委托

static

void

Main(

string

[] args)

SayHi sayhi =

new

SayHi(SayHiName);

//实例化委托

sayhi(

"科比"

);

//一般的直接调用

sayhi.Invoke(

"张林"

);

//使用Invoke方法同步调用

//异步调用

sayhi.BeginInvoke(

"杜兰特"

, (IAsyncResult ar) =>

sayhi.EndInvoke(ar);

Console.WriteLine(

"打招呼成功结束"

);

},

null

);

public

static

string

SayHiName(

string

name)

return

"how are you"

+name +

"?"

前两种调用委托的方式都是同步的，BeginInvoke方法的返回值是IAsyncResult类型的

该方法的参数由两部分组成，前面（n）个参数是委托的参数，倒数第二个参数也表示一个委托，该委托是.net系统定义的委托（和func、action类似），查看AsyncCallback的定义如图：

作用就是：作为执行调用的回调方法，值得注意的是，在回调方法中，必须调用EndInvoke方法结束异步调用，EndInvoke是获取异步调用的结果

上面的例子调试的结果如图：

方式2：使用轮询

我们把BeginInvoke的委托参数为null，使用轮询的方式

Func<

string

string

> func =

delegate

string

name)

Thread.Sleep(2000);

return

"how are you"

+ name +

""

};

IAsyncResult ar = func.BeginInvoke(

"张林"

null

null

);

int

i = 1;

while

(!ar.IsCompleted)

Console.WriteLine(200*i);

i++;

Thread.Sleep(200);

string

result = func.EndInvoke(ar);

Console.WriteLine(result);

结果如图:

6.C#异步方式之二 await async

async和await是一对关键字，它是.net 4.5的特性。在实际工作中使用方便灵活，主要原因就是可以像写同步方法那样去异步编程，代码结构清晰，不用关心如何实现异步的编程。

这里其实要注意的是，之前刚说了异步是开启新的线程来实现的，但是await 和async两个关键字并没有开启新的线程，为了证明这一点，下面建了一个winform的程序，异步获取图片并显示到picturebox上。

public

Form1()

InitializeComponent();

this

.label1.Text =

"主线程Id："

+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

private

async

void

button1_Click(

object

sender, EventArgs e)

string

imageUrl =

"https://ss0.baidu.com/6ONWsjip0QIZ8tyhnq/it/u=3850265187,1181041963&fm=173&s=62E19A4722716A371EB097FB03009015&w=218&h=146&img.JPEG"

HttpClient client =

new

HttpClient();

var

response =await  client.GetAsync(imageUrl);

if

(response.StatusCode == System.Net.HttpStatusCode.OK)

var

stream =await response.Content.ReadAsStreamAsync();

Image  image = Bitmap.FromStream(stream,

true

);

this

.label2.Text =

"线程Id："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

this

.pictureBox1.BackgroundImage = image;

其实不用看图就已经知道答案了，程序运行时不报异常，就已经说明一点：await async两个关键根本创建新的线程。这个涉及到异步更新UI到主线程，就不多说了。

结果如图：

async await方法的使用说明：

返回类型： void 、Task、Task<泛型类型>
async、await不会创建新的线程，实现等待的效果，必须同时使用
使用该方法的方法主体也要用async关键字

异步方法事例：

private

static

async Task<

int

> GetValueAsync(

int

a)

//Task.run 开启了新的线程

await  Task.Run(() =>

Thread.Sleep(2000);

//模拟耗时

Console.WriteLine(

"GetValueAsync方法结束,线程ID:"

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

return

a * a;

});

Console.WriteLine(

"线程ID:"

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId+

"异步方法结束"

);

return

a * a;

调用异步方法：

private

async

void

button1_Click(

object

sender, EventArgs e)

int

result =await GetValueAsync(5);

this

.label1.Text =

"异步计算的结果"

+ result +

"线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

}<br>

7.C#异步方式之三浅谈Task

　　前面刚刚了解到async await是.net 4.5出的特性，Task是.net4.0新出的特性，用来处理异步编程的，其实我们要知道真正实现的异步操作还是Task新增线程来实现的，但是不代表说开一个Task，就开一个线程，有可能是几个Task在一个线程上运行的，他们并不是一一对应的关系，充分利用线程，下面的事例就已经能够说明这一点

Task创建

Task创建有两种方式一种通过任务工厂赋值立即运行，一种是直接实例化。下面这个例子创建了10个Task

static

void

Main(

string

[] args)

//启用线程池中的线程异步执行

Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task1启动...线程ID："

+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task2启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

//new 实例化启动

Task t3 =

new

Task(() =>

Console.WriteLine(

"Task3启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

t3.Start();

Task t4 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task4启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Task t5 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task5启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Task t6 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task6启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Task t7 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task7启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Task t8 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task8启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Task t9 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task9启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Task t10 = Task.Factory.StartNew(() =>

Console.WriteLine(

"Task10启动...线程ID："

+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Console.ReadLine();

创建的10个Task，我们从结果中也证明了Task和线程并不是一一对应的关系，结果如图：

Task构造函数

Task状态

我们创建一个task，调用他的Start、Wait方法

static

void

Main(

string

[] args)

var

task =

new

Task(()=> {

Console.WriteLine(

"Task创建成功"

);

});

Console.WriteLine(

"task未开始："

+task.Status);

task.Start();

Console.WriteLine(

"task已经开始："

+task.Status);

task.Wait();

Console.WriteLine(

"task已经等待："

+task.Status);

我们从图中可以知道，Task的生命周期如下:

Created:在已经实例化未Start之前的状态

WaittingToRun:表示等待分配线程给Task执行

RanToCompletion：任务执行完毕

Task等待任务结果

1.Task.WaitAll从这个字面意思就知道等待所有任务执行完成，和上面例子Wait方法等待一个任务执行完成很相似，我们来看一个代码：

var

task1 =

new

Task(() =>

System.Threading.Thread.Sleep(3000);

Console.WriteLine(

"task1Created"

);

});

var

task2 =

new

Task(() =>

System.Threading.Thread.Sleep(3000);

Console.WriteLine(

"task2Created"

);

});

task1.Start();

task2.Start();

Task.WaitAll(task1, task2);

Console.WriteLine(

"所有任务执行完!"

);

Console.Read();

结果输出:

task1Created

task2Created

所有任务执行完

除了WaitAll方法还有这些常用的方法

Task.WaitAny:等待任何一个任务向下执行
Task.ContinueWith等待第一个Task完成自动启动，触发下一个Task，也就是当做任务完成时触发的回调方法
Task.GetAwaiter().OnCompleted(Action action) :GetAwaiter 方法获取任务的等待者，调用OnCompleted事件，任务完成时触发

Task任务取消

static

void

Main(

string

[] args)

var

source =

new

CancellationTokenSource();

var

token = source.Token;

Task t1 = Task.Run(() =>

Thread.Sleep(2000);

if

(token.IsCancellationRequested)

Console.WriteLine(

"任务已取消"

);

Thread.Sleep(1000);

},token);

Console.WriteLine(t1.Status);

//取消任务

source.Cancel();

Console.WriteLine(t1.Status);

Console.ReadLine();