异步编程 z

走进异步编程的世界 - 开始接触 async/await

 

序

　　这是学习异步编程的入门篇。

　　涉及 C# 5.0 引入的 async/await，但在控制台输出示例时常常会采用 C# 6.0 的 $"" 来拼接字符串，至关于string.Format() 方法。

 

目录

• What's 异步？

• async/await 结构

• What’s 异步方法？

 

1、What's 异步？

     启动程序时，系统会在内存中建立一个新的进程。 进程是构成运行程序资源的集合。

     在进程内部，有称为 线程的内核对象，它表明的是真正的执行程序。系统会在 Main 方法的第一行语句就开始线程的执行。

 

      线程：

     ①默认状况，一个进程只包含一个线程，从程序的开始到执行结束；

     ②线程能够派生自其它线程，因此一个进程能够包含不一样状态的多个线程，来执行程序的不一样部分；

     ③一个进程中的多个线程，将共享该进程的资源；

     ④系统为处理器执行所规划的单元 是线程，而非进程。

 

     通常来讲咱们写的控制台程序都只使用了一个线程，从第一条语句按顺序执行到最后一条。但在不少的状况下，这种简单的模型会在性能或用户体验上很差。

     例如：服务器要同时处理来自多个客户端程序的请求，又要等待数据库和其它设备的响应，这将严重影响性能。程序不该该将时间浪费在响应上，而要在等待的同时执行其它任务！

     如今咱们开始进入异步编程。在异步程序中，代码不须要按照编写时的顺序执行。这时咱们须要用到 C# 5.0 引入的 async/await 来构建异步方法。

 

     咱们先看一下不用异步的示例：

 1     class Program  2  {  3 //建立计时器  4 private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();  5  6 private static void Main(string[] args)  7  {  8 //启动计时器  9  Watch.Start(); 10 11 const string url1 = "http://www.cnblogs.com/"; 12 const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/"; 13 14 //两次调用 CountCharacters 方法（下载某网站内容，并统计字符的个数） 15 var result1 = CountCharacters(1, url1); 16 var result2 = CountCharacters(2, url2); 17 18 //三次调用 ExtraOperation 方法（主要是经过拼接字符串达到耗时操做） 19 for (var i = 0; i < 3; i++) 20  { 21 ExtraOperation(i + 1); 22  } 23 24 //控制台输出 25 Console.WriteLine($"{url1} 的字符个数：{result1}"); 26 Console.WriteLine($"{url2} 的字符个数：{result2}"); 27 28  Console.Read(); 29  } 30 31 /// <summary> 32 /// 统计字符个数 33 /// </summary> 34 /// <param name="id"></param> 35 /// <param name="address"></param> 36 /// <returns></returns> 37 private static int CountCharacters(int id, string address) 38  { 39 var wc = new WebClient(); 40 Console.WriteLine($"开始调用 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms"); 41 42 var result = wc.DownloadString(address); 43 Console.WriteLine($"调用完成 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms"); 44 45 return result.Length; 46  } 47 48 /// <summary> 49 /// 额外操做 50 /// </summary> 51 /// <param name="id"></param> 52 private static void ExtraOperation(int id) 53  { 54 //这里是经过拼接字符串进行一些相对耗时的操做 55 var s = ""; 56 57 for (var i = 0; i < 6000; i++) 58  { 59 s += i; 60  } 61 62 Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms"); 63  } 64 }

     图1-1 运行的效果图，以毫秒（ms）为单位

 

　　【备注】通常来讲，直接拼接字符串是一种比较耗性能的手段，若是对字符串拼接有性能要求的话应该使用 StringBuilder。

　　 【注意】每次运行的结果可能不一样。无论哪次调试，绝大部分时间都浪费前两次调用（CountCharacters 方法），即在等待网站的响应上。

 

　　图1-2 根据执行结果所画的时间轴

 

     有人曾幻想着这样提升性能的方法：在调用 A 方法时，不等它执行完，直接执行 B 方法，而后等 A 方法执行完成再处理。

     C# 的 async/await 就能够容许咱们这么弄。

 1     class Program  2  {  3 //建立计时器  4 private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();  5  6 private static void Main(string[] args)  7  {  8 //启动计时器  9  Watch.Start(); 10 11 const string url1 = "http://www.cnblogs.com/"; 12 const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/"; 13 14 //两次调用 CountCharactersAsync 方法（异步下载某网站内容，并统计字符的个数） 15 Task<int> t1 = CountCharactersAsync(1, url1); 16 Task<int> t2 = CountCharactersAsync(2, url2); 17 18 //三次调用 ExtraOperation 方法（主要是经过拼接字符串达到耗时操做） 19 for (var i = 0; i < 3; i++) 20  { 21 ExtraOperation(i + 1); 22  } 23 24 //控制台输出 25 Console.WriteLine($"{url1} 的字符个数：{t1.Result}"); 26 Console.WriteLine($"{url2} 的字符个数：{t2.Result}"); 27 28  Console.Read(); 29  } 30 31 /// <summary> 32 /// 统计字符个数 33 /// </summary> 34 /// <param name="id"></param> 35 /// <param name="address"></param> 36 /// <returns></returns> 37 private static async Task<int> CountCharactersAsync(int id, string address) 38  { 39 var wc = new WebClient(); 40 Console.WriteLine($"开始调用 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms"); 41 42 var result = await wc.DownloadStringTaskAsync(address); 43 Console.WriteLine($"调用完成 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms"); 44 45 return result.Length; 46  } 47 48 /// <summary> 49 /// 额外操做 50 /// </summary> 51 /// <param name="id"></param> 52 private static void ExtraOperation(int id) 53  { 54 //这里是经过拼接字符串进行一些相对耗时的操做 55 var s = ""; 56 57 for (var i = 0; i < 6000; i++) 58  { 59 s += i; 60  } 61 62 Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms"); 63  } 64 }

 图1-3 修改后的执行结果图

图1-4 根据加入异步后的执行结果画的时间轴。

 

　　咱们观察时间轴发现，新版代码比旧版快了很多（因为网络波动的缘由，极可能会出现耗时比以前长的状况）。这是因为 ExtraOperation 方法的数次调用是在 CountCharactersAsync 方法调用时等待响应的过程当中进行的。 全部的工做都是在主线程中完成的，没有建立新的线程。

 

　　【改动分析】只改了几个细节的地方，直接展开代码的话可能看不出来，改动以下：

 　　

 图1-5

　　图1-6

 

　　①从 Main 方法执行到 CountCharactersAsync(1, url1) 方法时，该方法会当即返回，而后才会调用它内部的方法开始下载内容。该方法返回的是一个 Task<int> 类型的占位符对象，表示计划进行的工做。这个占位符最终会返回 int 类型的值。

　　②这样就能够没必要等 CountCharactersAsync(1, url1) 方法执行完成就能够继续进行下一步操做。到执行 CountCharactersAsync(2, url2)  方法时，跟 ① 同样返回 Task<int> 对象。

　　③而后，Main 方法继续执行三次 ExtraOperation 方法，同时两次 CountCharactersAsync 方法依然在持续工做 。

　　④t1.Result 和 t2.Result 是指从 CountCharactersAsync 方法调用的 Task<int> 对象取结果，若是尚未结果的话，将阻塞，直有结果返回为止。

 

2、async/await 结构

     先解析一下专业名词：

     同步方法：一个程序调用某个方法，等到其执行完成以后才进行下一步操做。这也是默认的形式。

     异步方法：一个程序调用某个方法，在处理完成以前就返回该方法。经过 async/await 咱们就能够实现这种类型的方法。

 

     async/await 结构可分红三部分：

     （1） 调用方法：该方法调用异步方法，而后在异步方法执行其任务的时候继续执行；

     （2） 异步方法：该方法异步执行工做，而后马上返回到调用方法；

     （3） await 表达式：用于异步方法内部，指出须要异步执行的任务。一个异步方法能够包含多个 await 表达式（不存在 await 表达式的话 IDE 会发出警告）。

 

　　如今咱们来分析一下示例。

　　图2-1

 

 3、What’s 异步方法

      异步方法：在执行完成前当即返回调用方法，在调用方法继续执行的过程当中完成任务。

     语法分析：

     （1） 关键字：方法头使用 async 修饰。

     （2） 要求：包含 N（N>0） 个 await 表达式（不存在 await 表达式的话 IDE 会发出警告），表示须要异步执行的任务。

     （3） 返回类型：只能返回 3 种类型（void、Task 和 Task<T>）。Task 和 Task<T> 标识返回的对象会在未来完成工做，表示调用方法和异步方法能够继续执行。

     （4） 参数：数量不限，但不能使用 out 和 ref 关键字。

     （5） 命名约定：方法后缀名应以 Async 结尾。

     （6） 其它：匿名方法和 Lambda 表达式也能够做为异步对象；async 是一个上下文关键字；关键字 async 必须在返回类型前。

 

图3-1 异步方法的简单结构图

 

小结

　　1.解析了进程和线程的概念

　　2.异步的简单用法

　　3.async/await 结构体

　　4.异步方法语法结构

 

传送门

　　下篇：《异步编程 - 剖析异步方法》（预览版本正在整理中，待校对完再发布到首页）

 

 　　其它做品：《走进 LINQ 的世界》

 

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