[C#] 走进异步编程的世界 - 开始接触 async/await
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。html
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 $"" 来拼接字符串，至关于string.Format() 方法。数据库
目录
1、What's 异步？
启动程序时，系统会在内存中建立一个新的进程。
进程是构成运行程序资源的集合。
在进程内部，有称为
线程的内核对象，它表明的是
真正的执行程序。系统会在 Main 方法的第一行语句就开始线程的执行。
线程：
①默认状况，一个进程只包含一个线程，从程序的开始到执行结束；
②线程能够派生自其它线程，因此一个进程能够包含不一样状态的多个线程，来执行程序的不一样部分；
③一个进程中的多个线程，将共享该进程的资源；
④系统为处理器执行所规划的单元
是线程，而非进程。
通常来讲咱们写的控制台程序都只使用了一个线程，从第一条语句按顺序执行到最后一条。但在不少的状况下，这种简单的模型会在性能或用户体验上很差。
例如：服务器要同时处理来自多个客户端程序的请求，又要等待数据库和其它设备的响应，这将严重影响性能。程序不该该将时间浪费在响应上，而要在等待的同时执行其它任务！
如今咱们开始进入异步编程。在异步程序中，代码不须要按照编写时的顺序执行。这时咱们须要用到 C# 5.0 引入的
async/await 来构建异步方法。
咱们先看一下不用异步的示例：
1 class Program 2 { 3 //建立计时器 4 private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch(); 5 6 private static void Main(string[] args) 7 { 8 //启动计时器 9 Watch.Start(); 10 11 const string url1 = "http://www.cnblogs.com/"; 12 const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/"; 13 14 //两次调用 CountCharacters 方法（下载某网站内容，并统计字符的个数） 15 var result1 = CountCharacters(1, url1); 16 var result2 = CountCharacters(2, url2); 17 18 //三次调用 ExtraOperation 方法（主要是经过拼接字符串达到耗时操做） 19 for (var i = 0; i < 3; i++) 20 { 21 ExtraOperation(i + 1); 22 } 23 24 //控制台输出 25 Console.WriteLine($"{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编程
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服务器
图1-4 根据加入异步后的执行结果画的时间轴。网络
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异步
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。async
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。ide
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 。异步编程
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。post
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：《走进异步编程的世界 - 剖析异步方法（上）》《走进异步编程的世界 - 剖析异步方法（下）》
后篇：《走进异步编程的世界 - 在 GUI 中执行异步操做》
【参考】《Illustrated C# 2012》