一、異步編程的簡(jiǎn)介

　　通過使用異步編程，你可以避免性能瓶頸并增強(qiáng)應(yīng)用程序的總體響應(yīng)能力。

　　Visual Studio 2012 引入了一個(gè)簡(jiǎn)化的方法，異步編程，在 .NET Framework 4.5 和 Windows 運(yùn)行時(shí)利用異步支持。編譯器可執(zhí)行開發(fā)人員曾進(jìn)行的高難度工作，且應(yīng)用程序保留了一個(gè)類似于同步代碼的邏輯結(jié)構(gòu)。因此，您僅需要進(jìn)行一小部分工作就可以獲得異步編程的所有優(yōu)點(diǎn)。

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二、異步提高響應(yīng)能力

　　異步對(duì)可能引起阻塞的活動(dòng)（例如應(yīng)用程序訪問 Web 時(shí)）至關(guān)重要。對(duì) Web 資源的訪問有時(shí)很慢或會(huì)延遲。如果此類活動(dòng)在同步過程中受阻，則整個(gè)應(yīng)用程序必須等待。?在異步過程中，應(yīng)用程序可繼續(xù)執(zhí)行不依賴 Web 資源的其他工作，直至潛在阻塞的任務(wù)完成。

　　下圖顯示了異步編程提高響應(yīng)能力的典型應(yīng)用場(chǎng)景。包含從 .NET Framework 4.5 和 Windows 運(yùn)行時(shí)中列出的一些包含支持異步編程的方法的類。

　　

　　由于所有與用戶界面相關(guān)的活動(dòng)通常共享一個(gè)線程，因此，異步對(duì)訪問 UI 線程的應(yīng)用程序來說尤為重要。?如果在一個(gè)同步應(yīng)用程序中有任何的線程被阻塞了，那么所有線程都將被阻塞，再嚴(yán)重一點(diǎn)，你的應(yīng)用程序?qū)?huì)停止響應(yīng)。

　　使用異步方法時(shí)，應(yīng)用程序?qū)⒗^續(xù)響應(yīng) UI。例如，你可以調(diào)整窗口的大小或最小化窗口；如果你不希望等待應(yīng)用程序結(jié)束，則可以將其關(guān)閉。

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三、更容易編寫的異步方法

　　C# 中的?async?和?await?關(guān)鍵字都是異步編程的核心。通過使用這兩個(gè)關(guān)鍵字，你可以使用 .NET framework 或 Windows 運(yùn)行時(shí)中的資源輕松創(chuàng)建異步方法（幾乎與創(chuàng)建同步方法一樣輕松）。

　　下面的示例演示了一種使用 async 和 await 定義的異步方法。

/// <summary>

? ? ? ? /// 異步訪問 Web?

? ? ? ? /// </summary>

? ? ? ? /// <returns></returns>

? ? ? ? /// <remarks>

? ? ? ? /// 方法簽名的 3 要素：

? ? ? ? /// ? ? ① async 修飾符

? ? ? ? /// ? ? ② 返回類型 Task 或 Task<TResult>：這里的 Task<int> 表示 return 語句返回 int 類型

? ? ? ? /// ? ? ③ 方法名以 Async 結(jié)尾

? ? ? ? /// </remarks>

? ? ? ? async Task<int> AccessTheWebAsync()

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? //記得 using System.Net.Http 哦

? ? ? ? ? ? var client = new HttpClient();

? ? ? ? ? ? //執(zhí)行異步方法 GetStringAsync

? ? ? ? ? ? Task<string> getStringTask = client.GetStringAsync("http://www.google.com.hk/");

? ? ? ? ? ? //假設(shè)在這里執(zhí)行一些非異步的操作

? ? ? ? ? ? DoIndependentWork();

? ? ? ? ? ? //等待操作掛起方法 AccessTheWebAsync

? ? ? ? ? ? //直到 getStringTask 完成，AccessTheWebAsync 方法才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行

? ? ? ? ? ? //同時(shí)，控制將返回到 AccessTheWebAsync 方法的調(diào)用方

? ? ? ? ? ? //直到 getStringTask 完成后，將在這里恢復(fù)控制。

? ? ? ? ? ? //然后從 getStringTask 拿到字符串結(jié)果

? ? ? ? ? ? string urlContents = await getStringTask;

? ? ? ? ? ? //返回字符串的長(zhǎng)度（int 類型）

? ? ? ? ? ? return urlContents.Length;

? ? ? ? }

　　如果?AccessTheWebAsync?在調(diào)用?GetStringAsync 時(shí)沒有其它操作，你可以用這樣的方式來簡(jiǎn)化代碼。

string urlContents = await client.GetStringAsync("http://www.google.com.hk/");

　　

　　根據(jù)以上代碼進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)：

　　（1）方法簽名包含一個(gè)?async?修飾符。

　　（2）按照約定，異步方法的名稱以“Async”后綴為結(jié)尾。

　　（3）返回類型為下列類型之一：

　　　　①?如果你的方法有操作數(shù)為 TResult 類型的返回語句，則為?Task<TResult>。

　　　　②?如果你的方法沒有返回語句或具有沒有操作數(shù)的返回語句，則為?Task。

　　　　③?如果你編寫的是異步事件處理程序，則為 void。

　　（4）方法通常包含至少一個(gè) await 表達(dá)式，該表達(dá)式標(biāo)記一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)上，直到等待的異步操作完成方法才能繼續(xù)。?同時(shí)，將方法掛起，并且控制權(quán)將返回到方法的調(diào)用方。

　　在異步方法中，可使用提供的關(guān)鍵字和類型來指示需要完成的操作，且編譯器會(huì)完成其余操作。?

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四、異步方法的控制流（核心）

　　異步編程中最需弄清的是控制流，即如何從一個(gè)方法移動(dòng)到另一個(gè)方法， 請(qǐng)用一顆感恩的心來觀察下圖。

　　步驟解析：

　　①?事件處理程序調(diào)用并等待?AccessTheWebAsync?異步方法。

　　②?AccessTheWebAsync 創(chuàng)建?HttpClient?對(duì)象并調(diào)用它的?GetStringAsync?異步方法來下載網(wǎng)站內(nèi)容。

　　③ 假設(shè)?GetStringAsync?中發(fā)生了某種情況，該情況掛起了它的進(jìn)程。可能必須等待網(wǎng)站下載或一些其他阻塞的活動(dòng)。為避免阻塞資源，GetStringAsync?會(huì)將控制權(quán)出讓給其調(diào)用方?AccessTheWebAsync。GetStringAsync?返回?Task，其中 TResult 為字符串，并且?AccessTheWebAsync?將任務(wù)分配給?getStringTask?變量。該任務(wù)表示調(diào)用?GetStringAsync?的正在進(jìn)行的進(jìn)程，其中承諾當(dāng)工作完成時(shí)產(chǎn)生實(shí)際字符串值。

　　④?由于尚未等待?getStringTask，因此，AccessTheWebAsync?可以繼續(xù)執(zhí)行不依賴于?GetStringAsync?得出最終結(jié)果的其他任務(wù)。該任務(wù)由對(duì)同步方法?DoIndependentWork?的調(diào)用表示。

　　⑤?DoIndependentWork?是完成其工作并返回其調(diào)用方的同步方法。

　　⑥?AccessTheWebAsync?已完成工作，可以不受?getStringTask?的結(jié)果影響。?接下來，AccessTheWebAsync?需要計(jì)算并返回該下載字符串的長(zhǎng)度，但該方法僅在具有字符串時(shí)才能計(jì)算該值。因此，AccessTheWebAsync?使用一個(gè) await 運(yùn)算符來掛起其進(jìn)度，并把控制權(quán)交給調(diào)用?AccessTheWebAsync?的方法。AccessTheWebAsync?將?Task<int>?返回至調(diào)用方。?該任務(wù)表示對(duì)產(chǎn)生下載字符串長(zhǎng)度的整數(shù)結(jié)果的一個(gè)承諾。

　　【備注】如果?GetStringAsync（即?getStringTask）在?AccessTheWebAsync?等待前完成，則控制權(quán)會(huì)保留在?AccessTheWebAsync?中。?如果異步調(diào)用過程 (getStringTask) 已完成，并且 AccessTheWebSync 不必等待最終結(jié)果，則掛起然后返回到?AccessTheWebAsync，但這會(huì)造成成本的浪費(fèi)。

　　在調(diào)用方內(nèi)部（假設(shè)這是一個(gè)事件處理程序），處理模式將繼續(xù)。在等待結(jié)果前，調(diào)用方可以開展不依賴于?AccessTheWebAsync?結(jié)果的其他工作，否則就需等待片刻。事件處理程序等待?AccessTheWebAsync，而?AccessTheWebAsync?等待?GetStringAsync。

　　⑦?GetStringAsync?完成并生成一個(gè)字符串結(jié)果。?字符串結(jié)果不是通過你預(yù)期的方式調(diào)用?GetStringAsync?所返回的。（請(qǐng)記住，此方法已在步驟 3 中返回一個(gè)任務(wù)。）相反，字符串結(jié)果存儲(chǔ)在表示完成方法?getStringTask?的任務(wù)中。?await 運(yùn)算符從?getStringTask?中檢索結(jié)果。賦值語句將檢索到的結(jié)果賦給?urlContents。

　　⑧?當(dāng)?AccessTheWebAsync?具有字符串結(jié)果時(shí)，該方法可以計(jì)算字符串長(zhǎng)度。然后，AccessTheWebAsync?工作也將完成，并且等待事件處理程序可繼續(xù)使用。?

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　　你可以嘗試思考一下同步行為和異步行為之間的差異。當(dāng)其工作完成時(shí)（第 5 步）會(huì)返回一個(gè)同步方法，但當(dāng)其工作掛起時(shí)（第 3 步和第 6 步），異步方法會(huì)返回一個(gè)任務(wù)值。在異步方法最終完成其工作時(shí)，任務(wù)會(huì)標(biāo)記為已完成，而結(jié)果（如果有）將存儲(chǔ)在任務(wù)中。

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五、線程

　　異步方法旨在成為非阻塞操作。異步方法中的 await 表達(dá)式在等待的任務(wù)正在運(yùn)行時(shí)不會(huì)阻塞當(dāng)前線程。相反，表達(dá)式在繼續(xù)時(shí)注冊(cè)方法的其余部分并將控制權(quán)返回到異步方法的調(diào)用方。

　　async 和 await 關(guān)鍵字不會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建其他線程。因?yàn)楫惒椒椒ú粫?huì)在其自身線程上運(yùn)行，因此它不需要多線程。只有當(dāng)方法處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，該方法將在當(dāng)前同步上下文中運(yùn)行并使用線程上的時(shí)間。可以使用?Task.Run?將占用大量 CPU 的工作移到后臺(tái)線程，但是后臺(tái)線程不會(huì)幫助正在等待結(jié)果的進(jìn)程變?yōu)榭捎脿顟B(tài)。

　　對(duì)于異步編程而言，該基于異步的方法優(yōu)于幾乎每個(gè)用例中的現(xiàn)有方法。具體而言，此方法比?BackgroundWorker?更適用于 IO 綁定的操作，因?yàn)榇舜a更簡(jiǎn)單且無需防止搶先爭(zhēng)用條件。結(jié)合?Task.Run?使用時(shí)，異步編程比?BackgroundWorker?更適用于 CPU 綁定的操作，因?yàn)楫惒骄幊虒⑦\(yùn)行代碼的協(xié)調(diào)細(xì)節(jié)與?Task.Run?傳輸至線程池的工作區(qū)分開來。

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六、async 和 await

　　如果通過使用?async?修飾符指定某種方法為異步方法，則會(huì)出現(xiàn)下面兩種現(xiàn)象。

• 標(biāo)記的異步方法可以使用?await?來指定懸掛點(diǎn)。await 運(yùn)算符通知編譯器異步方法只有直到等待的異步過程完成才能繼續(xù)通過該點(diǎn)。同時(shí)，控制權(quán)將返回至異步方法的調(diào)用方。

  await 表達(dá)式中異步方法的掛起不能使該方法退出，并且?finally?塊不會(huì)運(yùn)行。

• 標(biāo)記的異步方法本身可以通過調(diào)用它的方法等待。

　　異步方法通常包含 await 運(yùn)算符的一個(gè)或多個(gè)匹配項(xiàng)，但缺少 await 表達(dá)式不會(huì)導(dǎo)致編譯器錯(cuò)誤。如果異步方法未使用 await 運(yùn)算符標(biāo)記懸掛點(diǎn)，則該方法將作為同步方法執(zhí)行，不管異步修飾符如何。編譯器將為此類方法發(fā)布一個(gè)警告。

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七、返回類型和參數(shù)信息

　　在 .NET 中，異步方法通常返回?Task?或?Task<TResult>。在異步方法中，await 運(yùn)算符應(yīng)用于通過調(diào)用另一個(gè)異步方法返回的任務(wù)。

　　如果方法包含?指定類型?TResult?的操作數(shù)的?return?語句，則將?Task<TResult>?指定為返回類型。

　　如果方法不含任何 return 語句或包含不返回操作數(shù)的 return 語句，則將?Task?用作返回類型。

　　下面的示例演示如何聲明并調(diào)用可返回?Task?或?Task<TResult> 的方法。

static async Task<Guid> Method1Async()　　//Task<Guid>

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? var result = Guid.NewGuid();

? ? ? ? ? ? await Task.Delay(1);

? ? ? ? ? ? //這里返回一個(gè) Guid 的類型

? ? ? ? ? ? return result;

? ? ? ? }

? ? ? ? static async Task Method2Async()　　//Task

? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? //Do...

? ? ? ? ? ? await Task.Delay(1);

? ? ? ? ? ? //Do...

? ? ? ? ? ? //這里沒有 return 語句

? ? ?? ? }

//調(diào)用 Method1Async

? ? ? ? ? ? //方式一

? ? ? ? ? ? Task<Guid> t1 = Method1Async();

? ? ? ? ? ? Guid guid1 = t1.Result;

? ? ? ? ? ? //方式二

? ? ? ? ? ? Guid guid2 = await Method1Async();

? ? ? ? ? ? //調(diào)用 Method2Async

? ? ? ? ? ? //方式一

? ? ? ? ? ? Task t2 = Method2Async();

? ? ? ? ? ? await t2;

? ? ? ? ? ? //方式二

? ? ? ? ? ? await Method2Async();

　　每個(gè)返回的任務(wù)表示正在進(jìn)行的工作。任務(wù)可封裝有關(guān)異步進(jìn)程狀態(tài)的信息，如果未成功，則最后會(huì)封裝來自進(jìn)程的最終結(jié)果或進(jìn)程引發(fā)的異常。

　　異步方法還可以是具有?void?返回類型。該返回類型主要用于定義需要?void?返回類型的事件處理程序。異步事件處理程序通常用作異步程序的起始點(diǎn)。

　　無法等待具有?void?返回類型的異步方法，并且一個(gè) void 返回值的調(diào)用方無法捕獲該方法引發(fā)的任何異常。

　　異步方法無法聲明 C# 中的?ref?或?out?參數(shù)，但此方法可以調(diào)用具有此類參數(shù)的方法。

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八、命名的約定

　　根據(jù)約定，將“Async”追加到具有?async?修飾符的方法名稱。

　　如果某一約定中的事件、基類或接口協(xié)定建議其他名稱，則可以忽略此約定。例如，你不應(yīng)重命名常用事件處理程序，例如?btnOpen_Click。

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總結(jié)

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