不得不说的异步编程

一、什么是异步编程？

    异步编程就是把耗时的操做放进一个单独的线程中进行处理（该线程须要将执行进度反映到界面上）。因为耗时操做是在另一个线程中被执行的，因此它不会堵塞主线程。主线程开启这些单独的线程后，还能够继续执行其余操做（例如窗体绘制等）。

    异步编程能够提升用户体验，避免在进行耗时操做时让用户看到程序“卡死”的现象。

 

二、异步编程模型（APM）

    APM是Asynchronous Programming Mode的缩写，即异步编程模型的意思，它容许程序用更少的线程去执行更多的操做。在.NET Framework中，要分辨某个类是否实现了异步编程模型，主要就是看该类是否实现了返回类型为IAsyncResult接口的BeginXXX方法和EndXXX方法。

    因为委托类型定义了BeginInvoke和EndInvoke方法，因此委托类型都实现了异步编程模型。

    2.1 Beginxxx方法--开始执行异步操做

          在须要获取文件中的内容时，咱们一般会使用FileStream的同步方法Read进行读取，该同步方法的定义为：

          public override int Read(byte[] array,int offset,int count)

          当使用上面的方法读取大文件的内容时，会出现堵塞UI线程，致使在文件内容没有读取完成以前，用户不能对窗体进行任何操做（包括关闭应用程序），这时窗体就会出现没法响应的状况。

          为了解决这个问题，微软早在.NET 1.0的时候就提出了异步编程模型，并为FileStream类提供了异步模式的方法实现，即BeginRead方法。该方法会异步地执行读取操做，并返回实现了IAsyncResult接口的对象（该对象存储这异步操做的信息）。

          下面给出了BeginRead方法的定义，咱们能够从中找出它与同步方法Read的区别：

          public override IAsyncResult BeginRead(byte[] array,int offset,int numBytes,AsyncCallback userCallback,Object stateObject)

          从以上的异步方法的定义能够看出，该异步方法的前面3个参数与同步方法Read一致，后两个参数userCallback和StateObject则是同步方法所不具有的。userCallback表示异步操做完成后须要回调的方法，该方法必须匹配AsyncCallback委托类型；stateObject则表明传递给回调方法的对象，在回调方法中，能够经过查询IAsyncResult接口的AsyncState属性来读取该对象。该异步方法之因此不会堵塞UI线程，是由于它在被调用后，会当即把控制权交还给调用线程（若是是UI线程调用了该方法，则就将控制权返回给UI线程），而后由另外一个线程去执行文件读取操做。

 

    2.2 Endxxx方法--结束异步操做

          每次调用Beginxxx方法后，应用程序还需调用Endxxx方法来获取操做返回的结果。Beginxxx方法所返回的，是实现了IAsyncResult接口的对象，该对象并不是相应的同步方法返回的结果。此时还须要调用Endxxx方法来结束异步操做，并向该方法传递Beginxxx所返回的对象。Endxxx方法返回的类型与同步方法相同，如FileStream的EndRead方法会返回一个Int32类型，表明从文件流中实际读取的字节数。

          Endxxx方法有许多中方式调用，但有一种是最经常使用的，即便用AsyncCallback委托来指定操做完成时要调用的方法，在回调方法中调用Endxxx方法来得到异步操做返回的结果。

 1 static void Main()
 2 {
 3     SynchronizationContext sc=SynchronizationContext.Current;
 4     AsyncMethodCaller methodCaller=new AsyncMethodCaller(DownLoadFileAsync);
 5     method.BeginInvoke(txtUrl.Text.Trim(),GetResult,null);
 6 }
 7 private static void GetRsult(IAsyncResult result)
 8 {
 9     AsyncMethodCaller caller=(AsyncMethodCaller)((AsyncResult)result).AsyncDelegate;
10     string returnstring=call.EndInvoke(result);
11 }

 

三、异步编程模型（EAP）

    虽然前面的异步编程能够解决执行耗时操做时界面没法响应的问题，但APM也一样存在这一些明显的问题，如不支持对异步操做的取消以及不能提供下载进度报告等。然而对于桌面应用程序而言，进度报告和取消操做的功能是必不可少的，因此微软在.NET 2.0 发布时又提出了一个新的异步编程模型--基于事件的异步模型，即EAP（Event-based Asynchronous Pattern）。

    实现了EAP的类具备一个或多个以Async为后缀的方法，以及对应的Completed事件，而且这些类支持异步方法的取消和进度报告。在.NET类库中，只有部分类实现了EAP，共17个。在这17个类中，开发过程当中使用最多的莫过于BackgroundWorker类了。

    常用的属性为：

    CancellationPending：用来指示应用程序是否已请求取消后台操做；

    IsBusy：指示异步操做是否正在运行；

    WorkReportProgress：只是BackgrounWorker可否报告进度；

    WorkerSupportsCancellation：指示BackgroundWoker是否支持异步取消操做；

    常用的方法为：

    CancelAsync：请求取消异步操做；

    ReportProgress：用于引起ProgressChanged事件；

    RunWorkAsync：调用后开始执行异步操做；

    常用到的3个事件为：

    DoWork：调用RunWokerAsync时触发的事件；

    ProgressChanged：调用ReportProgress时触发的事件，程序会在该事件中进行进度报告的更新；

    RunWorkerCompleted：当异步操做已完成、被取消或引起异常时被触发。

    这种方法已经不多用到了，因此这里就不详细介绍了。

 

四、TAP又是什么？

    前面介绍了.NET提供的两种异步编程模式，分别为.NET 1.0中的APM和.NET 2.0中的EAP。虽然这两种异步编程模式能够实现多数状况下的异步编程，可是它们在MSDN文档上都被标注为了避免推荐使用的实现方式，由于在.NET 4.0中，微软又提供了更简单的异步编程实现方式--TAP，基于任务的异步模式。

    该模式主要使用System.Threading.Tasks命名空间中的Task<T>类来实现异步编程，因此在采用TAP以前，首先要引入System.Threading.Tasks命名空间。

    基于任务的异步模式（TAP，Task-based Asynchronous Pattern）只使用一个方法就能表示异步操做的开始和完成，而APM却须要Beginxxx和Endxxx两个方法分别表示开始和结束，EAP则要求具备以Async为后缀的方法和一个或多个事件。在基于任务的异步模式中，只须要一个以TaskAsync为后缀的方法，经过向该方法传入CancellationToken参数，咱们就能够很好地完成异步编程了。并且，还能够经过IProgress<T>接口来实现进度报告的功能。整体来讲，使用TAP会减小咱们的工做量，是代码更加简洁。

1 Task task=new Task(()=>{.......});
2 task.Start();

 

五、让异步编程So easy——C# 5.0中的async和await

    虽然.NET 1.0和.NET 2.0和.NET 4.0都对异步编程作了很好的支持，微软也逐渐地使用异步编程变得简单，但微软以为现有的工做还不够，它但愿使异步编程的开发过程更为简化，因此在.NET 4.5中，微软又提出了async和await两个关键字来支持异步编程。

    这也是目前.NET Framework中最简单的异步编程实现方式，由于使用这个两个关键字进行异步编程，思考方式和实现同步编程时的彻底同样。

    async和await关键字不会让调用方法运行在新线程中，而是将方法分割成多个片断（片断的界限出如今方法内部使用await关键字的位置处），并使其中一些片断能够异步运行。await关键字处的代码片断是在线程池线程上运行的，而整个方法的调用确实同步的。因此，使用此方式编程不用考虑跨线程访问UI控件的问题，从而大大下降了异步编程的出错率。