一文說通C#中的異步編程
天天寫，不一定就明白。
又及，前兩天看了一個關(guān)于同步方法中調(diào)用異步方法的文章，里面有些概念不太正確，所以整理了這個文章。
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一、同步和異步。
先說同步。
同步概念大家都很熟悉。在異步概念出來之前，我們的代碼都是按同步的方式寫的。簡單來說，就是程序嚴(yán)格按照代碼的邏輯次序，一行一行執(zhí)行。
看一段代碼：
public static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Syc proccess - start");
Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func1");
func1();
Console.WriteLine("Syc proccess - out Func1");
Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func2");
func2();
Console.WriteLine("Syc proccess - out Func2");
Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func3");
func3();
Console.WriteLine("Syc proccess - out Func3");
Console.WriteLine("Syc proccess - done");
}
private static void func1()
{
Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}
private static void func2()
{
Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}
private static void func3()
{
Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}
這是一段簡單的通常意義上的代碼，程序按代碼的次序同步執(zhí)行，看結(jié)果：
Syc proccess - start
Syc proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Syc proccess - out Func1
Syc proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Syc proccess - out Func2
Syc proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Syc proccess - out Func3
Syc proccess - done
沒有任何意外。
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那異步呢？
異步，來自于對同步處理的改良和優(yōu)化。
應(yīng)用中，經(jīng)常會有對于文件或網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫的IO操作。這些操作因?yàn)镮O軟硬件的原因，需要消耗很多時間，但通常情況下CPU計(jì)算量并不大。在同步的代碼中，這個過程會被阻塞。直白的說法就是這一行代碼沒執(zhí)行完成，程序就得等著，等完成后再執(zhí)行下一行代碼，而這個等待的時間中，CPU資源就被浪費(fèi)了，閑著了，什么也沒做。（當(dāng)然，操作系統(tǒng)會調(diào)度CPU干別的，這兒不抬杠。）
異步編程模型和規(guī)范因此出現(xiàn)了，通過某種機(jī)制，讓程序在等著IO的過程中，繼續(xù)做點(diǎn)別的事，等IO的過程完成了，再回來處理IO的內(nèi)容。這樣CPU也沒閑著，在等IO的過程中多做了點(diǎn)事。反映到用戶端，就感覺程序更快了，用時更短了。
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下面重點(diǎn)說一下異步編程相關(guān)的內(nèi)容。
二、異步編程
C#中，異步編程，一個核心，兩個關(guān)鍵字。
一個核心是指Task和Task
對象，而兩個關(guān)鍵字，就是async和await。
從各種渠道給出的異步編程，都是下面的方式：
async Task function()
{
/* your code here */
}
然后調(diào)用的方式：
await function();
是這樣的嗎？嗯，圖樣圖森破～～～
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我們來看代碼：
static async Task Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Async proccess - start");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
await func1();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
await func2();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
await func3();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");
Console.WriteLine("Async proccess - done");
Console.WriteLine("Main proccess - done");
}
private static async Task func1()
{
Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}
private static async Task func2()
{
Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}
private static async Task func3()
{
Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}
跑一下結(jié)果：
Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done
咦？這個好像跟同步代碼的執(zhí)行結(jié)果沒什么區(qū)別??？
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嗯，完全正確。上面這個代碼，真的是同步執(zhí)行的。
這是異步編程的第一個容易錯誤的理解：async和await的配對。
三、async和await的配對
在異步編程的規(guī)范中，async修飾的方法，僅僅表示這個方法在內(nèi)部有可能采用異步的方式執(zhí)行，CPU在執(zhí)行這個方法時，會放到一個新的線程中執(zhí)行。
那這個方法，最終是否采用異步執(zhí)行，不決定于是否用await方式調(diào)用這個方法，而決定于這個方法內(nèi)部，是否有await方式的調(diào)用。
看代碼，很容易理解：
private static async Task func1()
{
Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}
這個方法，因?yàn)榉椒▋?nèi)部沒有await調(diào)用，所以這個方法永遠(yuǎn)會以同步方式執(zhí)行，不管你調(diào)用這個方法時，有沒有await。
而下面這個代碼：
private static async Task func1()
{
Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}
因?yàn)檫@個方法里有await調(diào)用，所以這個方法不管你以什么方式調(diào)用，有沒有await，都是異步執(zhí)行的。
看代碼：
static async Task Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Async proccess - start");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
func1();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
func2();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
func3();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");
Console.WriteLine("Async proccess - done");
Console.WriteLine("Main proccess - done");
Console.ReadKey();
}
private static async Task func1()
{
Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}
private static async Task func2()
{
Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
await Task.Run(() => Thread.Sleep(3000));
Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}
private static async Task func3()
{
Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
await Task.Run(() => Thread.Sleep(5000));
Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}
輸出結(jié)果：
Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done
Func1 proccess - end
Func2 proccess - end
Func3 proccess - end
結(jié)果中，在長時間運(yùn)行Thread.Sleep的時候，跳出去往下執(zhí)行了，是異步。
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又有問題來了：不是說異步調(diào)用要用await嗎？
我們把await加到調(diào)用方法的前邊，試一下：
static async Task Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Async proccess - start");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
await func1();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
await func2();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
await func3();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");
Console.WriteLine("Async proccess - done");
Console.WriteLine("Main proccess - done");
Console.ReadKey();
}
跑一下結(jié)果：
Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done
嗯？怎么又像是同步了？
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對，這是第二個容易錯誤的理解：await是什么意思？
四、await是什么意思
提到await，就得先說說Wait。
字面意思，Wait就是等待。
前邊說了，異步有一個核心，是Task。而Task有一個方法，就是Wait，寫法是Task.Wait()。所以，很多人把這個Wait和await混為一談，這是錯的。
這個問題來自于Task。C#里，Task不是專為異步準(zhǔn)備的，它表達(dá)的是一個線程，是工作在線程池里的一個線程。異步是線程的一種應(yīng)用，多線程也是線程的一種應(yīng)用。Wait，以及Status、IsCanceled、IsCompleted、IsFaulted等等，是給多線程準(zhǔn)備的方法，跟異步?jīng)]有半毛錢關(guān)系。當(dāng)然你非要在異步中使用多線程的Wait或其它，從代碼編譯層面不會出錯，但程序會。
尤其，Task.Wait()是一個同步方法，用于多線程中阻塞等待。
在那個「同步方法中調(diào)用異步方法」的文章中，用Task.Wait()來實(shí)現(xiàn)同步方法中調(diào)用異步方法，這個用法本身就是錯誤的。異步不是多線程，而且在多線程中，多個Task.Wait()使用也會死鎖，也有解決和避免死鎖的一整套方式。
再說一遍：Task.Wait()是一個同步方法，用于多線程中阻塞等待，不是實(shí)現(xiàn)同步方法中調(diào)用異步方法的實(shí)現(xiàn)方式。
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說回await。字面意思，也好像是等待。是真的嗎？
并不是，await不完全是等待的意思。
在異步中，await表達(dá)的意思是：當(dāng)前線程/方法中，await引導(dǎo)的方法出結(jié)果前，跳出當(dāng)前線程/方法，從調(diào)用當(dāng)前線程/方法的位置，去執(zhí)行其它可能執(zhí)行的線程/方法，并在引導(dǎo)的方法出結(jié)果后，把運(yùn)行點(diǎn)拉回到當(dāng)前位置繼續(xù)執(zhí)行；直到遇到下一個await，或線程/方法完成返回，跳回去剛才外部最后執(zhí)行的位置繼續(xù)執(zhí)行。
有點(diǎn)繞，還是看代碼：
static async Task Main(string[] args)
{
1 Console.WriteLine("Async proccess - start");
2 Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
3 func1();
4 Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");
5 Console.WriteLine("Async proccess - done");
6 Thread.Sleep(2000);
7 Console.WriteLine("Main proccess - done");
8 Console.ReadKey();
}
private static async Task func1()
{
9 Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
10 await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
11 Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}
這個代碼，執(zhí)行時是這樣的：順序執(zhí)行1、2、3，進(jìn)到func1，執(zhí)行9、10，到10時，有await，所以跳出，執(zhí)行4、5、6。而6是一個長時等待，在等待的過程中，func1的10運(yùn)行完成，運(yùn)行點(diǎn)跳回10，執(zhí)行11并結(jié)束方法，再回到6等待，結(jié)束等待后繼續(xù)執(zhí)行7、8結(jié)束。
我們看一下結(jié)果：
Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Async proccess - out Func1
Async proccess - done
Func1 proccess - end
Main proccess - done
映證了這樣的次序。
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在這個例子中，await在控制異步的執(zhí)行次序。那為什么要用等待這么個詞呢？是因?yàn)?code style="font-size: inherit;line-height: inherit;word-wrap: break-word;padding: 2px 4px;border-top-left-radius: 4px;border-top-right-radius: 4px;border-bottom-right-radius: 4px;border-bottom-left-radius: 4px;margin-right: 2px;margin-left: 2px;color: rgb(233, 105, 0);background-color: rgb(248, 248, 248);">await確實(shí)有等待結(jié)果的含義。
這是await的第二層意思。
五、await的第二層意思：等待拿到結(jié)果
await確實(shí)有等待的含義。等什么？等異步的運(yùn)行結(jié)果。
看代碼：
static async Task Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Async proccess - start");
Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
Task<int> f = func1();
Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");
Console.WriteLine("Async proccess - done");
int result = await f;
Console.WriteLine("Main proccess - done");
Console.ReadKey();
}
private static async Task<int> func1()
{
Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
return 5;
}
比較一下這段代碼和上一節(jié)的代碼，很容易搞清楚執(zhí)行過程。
這個代碼，完成了這樣一個需求：我們需要使用func1方法的返回值。我們可以提前去執(zhí)行這個方法，而不急于拿到方法的返回值，直到我們需要使用時，再用await去獲取到這個返回值去使用。
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這才是異步對于我們真正的用處。對于一些耗時的IO或類似的操作，我們可以提前調(diào)用，讓程序可以利用執(zhí)行過程中的空閑時間來完成這個操作。等到我們需要這個操作的結(jié)果用于后續(xù)的執(zhí)行時，我們await這個結(jié)果。這時候，如果await的方法已經(jīng)執(zhí)行完成，那我們可以馬上得到結(jié)果；如果沒有完成，則程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行這個方法直到得到結(jié)果。
六、同步方法中調(diào)用異步
正確的方法只有一個：
func1().GetAwaiter().GetResult();
這其實(shí)就是await的一個變形。?
（全文完）
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