.Net异步编程 z

1. 引言

最近在学习Abp框架，发现Abp框架的不少Api都提供了同步异步两种写法。异步编程提及来，你们可能都会说异步编程性能好。但好在哪里，引入了什么问题，以及如何使用，想必也未必能答的上来。
本身对异步编程也不是很了解，今天就以学习的目的，来梳理下同步异步编程的基础知识，而后再来介绍下如何使用async/await进行异步编程。下图是一张大纲，具体可查看脑图分享连接。

2. 同步异步编程

同步编程是对于单线程来讲的，就像咱们编写的控制台程序，以main方法为入口，顺序执行咱们编写的代码。
异步编程是对于多线程来讲的，经过建立不一样线程来实现多个任务的并行执行。

3. 线程

.Net 1.0就发布了System.Threading，其中提供了许多类型（好比Thread、ThreadStart等）能够显示的建立线程。
说到Thread，咱们须要了解如下几个概念：

3.1. 什么是主线程

每个Windows进程都刚好包含一个用做程序入口点的主线程。进程的入口点建立的第一个线程被称为主线程。.Net执行程序（控制台、Windows Form、Wpf等）使用Main()方法做为程序入口点。当调用该方法时，主线程被建立。

3.2. 什么是工做者线程

由主线程建立的线程，能够称为工做者线程，用来去执行某项具体的任务。

3.3. 什么是前台线程

默认状况下，使用Thread.Start()方法建立的线程都是前台线程。前台线程能阻止应用程序的终结，只有全部的前台线程执行完毕，CLR才能关闭应用程序（即卸载承载的应用程序域）。前台线程也属于工做者线程。

3.4. 什么是后台线程

后台线程不会影响应用程序的终结，当全部前台线程执行完毕后，后台线程不管是否执行完毕，都会被终结。通常后台线程用来作些可有可无的任务（好比邮箱每隔一段时间就去检查下邮件，天气应用每隔一段时间去更新天气）。后台线程也属于工做者线程。

说了这么多概念不如来段代码：

//主线程入口 static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程开始！"); //建立前台工做线程 Thread t1 = new Thread(Task1); t1.Start(); //建立后台工做线程 Thread t2= new Thread(new ParameterizedThreadStart(Task2)); t2.IsBackground = true;//设置为后台线程 t2.Start("传参"); } private static void Task1() { Thread.Sleep(1000);//模拟耗时操做，睡眠1s Console.WriteLine("前台线程被调用！"); } private static void Task2(object data) { Thread.Sleep(2000);//模拟耗时操做，睡眠2s Console.WriteLine("后台线程被调用！" + data); }

执行发现，【后台线程被调用】将不会显示。由于当全部的前台线程执行完毕后，应用程序就关闭了，不会等待全部的后台线程执行完毕，因此不会显示。

4. ThreadPool（线程池）

线程池是为忽然大量爆发的线程设计的，经过有限的几个固定线程为大量的操做服务，减小了建立和销毁线程所需的时间，从而提升效率，这也是线程池的主要好处。
ThreadPool适用于并发运行若干个任务且运行时间不长且互不干扰的场景。
还有一点须要注意，经过线程池建立的任务是后台任务。

举个例子：

//主线程入口 static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程开始！"); //建立要执行的任务 WaitCallback workItem = state => Console.WriteLine("当前线程Id为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); //重复调用10次 for (int i = 0; i < 10; i++) { ThreadPool.QueueUserWorkItem(workItem); } Console.ReadLine(); }

从图中能够看出，程序并无每次执行任务都建立新的线程，而是循环利用线程池中维护的线程。
若是去掉最后一句Consoler.ReadLine()，会发现程序仅输出【主线程开始！】就直接退出，从而肯定ThreadPool建立的线程都是后台线程。

5. System.Threading.Tasks

.Net 4.0引入了System.Threading.Tasks，简化了咱们进行异步编程的方式，而不用直接与线程和线程池打交道。
System.Threading.Tasks中的类型被称为任务并行库（TPL）。TPL使用CLR线程池（说明使用TPL建立的线程都是后台线程）自动将应用程序的工做动态分配到可用的CPU中。

5.1. Parallel（数据并行）

数据并行是指使用Parallel.For()或Parallel.ForEach()方法以并行方式对数组或集合中的数据进行迭代。
看怎么用：

ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, 10000, i => { Console.WriteLine("{0}, task: {1} , thread: {2}", i, Task.CurrentId, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); });

5.2. PLINQ（并行LINQ查询）

为并行运行而设计的LINQ查询为PLINQ。System.Linq命名空间的ParallelEnumerable中包含了一些扩展方法来支持PINQ查询。
使用举例：

int[] modThreeIsZero = (from num in source.AsParallel() where num % 3 == 0 orderby num descending select num).ToArray(); 

5.3. Task

Task，字面义，任务。使用Task类能够轻松地在次线程中调用方法。

static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Task.Factory.StartNew(() => Console.WriteLine("Task对应线程ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId)); Console.ReadLine(); }

能够看见，使用Task咱们没必要理会具体线程的建立。
咱们也可使用.NET 4.5引入的Task.Run静态方法来启动一个线程。

static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Task.Run(() => Console.WriteLine("Task对应线程ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId)); Console.ReadLine(); }

Task类提供了Wait()方法，用来等待线程task执行完毕。

5.4. Task

Task是Task的泛型版本，能够接收一个返回值。

static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Task<string> task = Task.Run(() => { return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); }); Console.WriteLine("建立Task对应的线程ID：" + task.Result); Console.ReadLine(); }

Task提供了不少方法，帮助咱们进行异步任务。了解更多，可参考MSDN。

5.5. async/await 特性

C# async关键字用来指定某个方法、Lambda表达式或匿名方法自动以异步的方式来调用。

我们先来看一个具体的示例吧。

static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主线程启动，当前线程为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Task<int> task = GetLengthAsync(); Console.WriteLine("回到主线程，当前线程为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Console.WriteLine("task的返回值是" + task.Result); Console.WriteLine("主线程结束，当前线程为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); } static async Task<int> GetLengthAsync() { Console.WriteLine("GetLengthAsync()开始执行，当前线程为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); var str = await GetStringAsync(); Console.WriteLine("GetLengthAsync()执行完毕，当前线程为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); return str.Length; } static Task<string> GetStringAsync() { Console.WriteLine("-----------------"); Thread.Sleep(5000); Console.WriteLine("GetStringAsync()开始执行，当前线程为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); return Task.Run(() => { Console.WriteLine("异步任务开始执行，当前线程为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Thread.Sleep(5000); Console.WriteLine("GetStringAsync()执行完毕，当前线程为：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); return "GetStringAsync()执行完毕"; }); }

是否是对执行结果感到惊讶？惊讶是对的，且听咱们下面娓娓道来。

1. 被async标记的方法，意味着能够在方法内部使用await，这样该方法将会在一个await point（等待点）处被挂起，而且在等待的实例完成后该方法被异步唤醒。【注意：await point（等待点）处被挂起，并非说在代码中使用await SomeMethodAsync()处就挂起，而是在进入SomeMethodAsync()真正执行异步耗时任务时被挂起，切记，切记！！！】
2. async标记的方法，返回值类型为void、Task、Task<T>。
3. 被async标记的方法，方法的执行结果或者任何异常都将直接反映在返回类型中。
4. 不是被async标记的方法，就会被异步执行，刚开始都是同步开始执行。换句话说，方法被async标记不会影响方法是同步仍是异步的方式完成运行。事实上，async使得方法能被分解成几个部分，一部分同步运行，一些部分能够异步的运行（而这些部分正是使用await显示编码的部分），从而使得该方法能够异步的完成。
5. await关键字告诉编译器在async标记的方法中插入一个可能的挂起/唤醒点。 逻辑上，这意味着当你写await someMethod();时，编译器将生成代码来检查someMethod()表明的操做是否已经完成。若是已经完成，则从await标记的唤醒点处继续开始同步执行；若是没有完成，将为等待的someMethod()生成一个continue委托，当someMethod()表明的操做完成的时候调用continue委托。这个continue委托将控制权从新返回到async方法对应的await唤醒点处。
   返回到await唤醒点处后，无论等待的someMethod()是否已经经完成，任何结果均可从Task中提取，或者若是someMethod()操做失败，发生的任何异常随Task一块儿返回或返回给SynchronizationContext。

从第4点能够解释为何上面的demo当调用GetLengthAsync();方法时，输出GetLengthAsync()开始执行，当前线程为：1。
从第1点能够解释调用await GetStringAsync();后，为何程序会继续同步执行输出GetStringAsync()开始执行，当前线程为：1，且会继续执行异步任务输出异步任务开始执行，当前线程为：3，而直到代码执行到Thread.Sleep(5000)才会返回到主线程输出回到主线程，当前线程为：1。这里Thread.Sleep(5000)就是await point（等待点）。
回到主线程后，由于要输出task.Result，因此主线程会等待。当异步任务完成后会输出GetStringAsync()执行完毕，当前线程为：3。
从第5点能够解释，await等待异步任务完成后，GetLengthAsync()方法被异步唤醒，从而异步执行后续代码而输出GetLengthAsync()执行完毕，当前线程为：3。

6. 总结

本文主要梳理了如下几点：

1. 默认建立的Thread是前台线程，建立的Task为后台线程。
2. ThreadPool建立的线程都是后台线程。
3. 任务并行库（TPL）使用的是线程池技术。
4. 调用async标记的方法，刚开始是同步执行的，只有当执行到await标记的方法中的异步耗时任务时，才会挂起。