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一文说通C#中的异步编程
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![一文说通C#中的异步编程](/upload/InfoBanner/zyjiaocheng/627/b66929c1d6e040cbb7585b903d670225.jpg)
一、同步和异步。
先说同步。
同步概念大家都很熟悉。在异步概念出来之前,我们的代码都是按同步的方式写的。简单来说,就是程序严格按照代码的逻辑次序,一行一行执行。
看一段代码:
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");
}
这是一段简单的通常意义上的代码,程序按代码的次序同步执行,看结果:
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
没有任何意外。
那异步呢?
异步,来自于对同步处理的改良和优化。
应用中,经常会有对于文件或网络、数据库的IO操作。这些操作因为IO软硬件的原因,需要消耗很多时间,但通常情况下CPU计算量并不大。在同步的代码中,这个过程会被阻塞。直白的说法就是这一行代码没执行完成,程序就得等着,等完成后再执行下一行代码,而这个等待的时间中,CPU资源就被浪费了,闲着了,什么也没做。(当然,操作系统会调度CPU干别的,这儿不抬杠。)
异步编程模型和规范因此出现了,通过某种机制,让程序在等着IO的过程中,继续做点别的事,等IO的过程完成了,再回来处理IO的内容。这样CPU也没闲着,在等IO的过程中多做了点事。反映到用户端,就感觉程序更快了,用时更短了。
下面重点说一下异步编程相关的内容。
二、异步编程
C#中,异步编程,一个核心,两个关键字。
一个核心是指Task
和Task<T>
对象,而两个关键字,就是async
和await
。
从各种渠道给出的异步编程,都是下面的方式:
async?Task?function()
{
??/*?your?code?here?*/
}
然后调用的方式:
await?function();
是这样的吗?嗯,图样图森破~~~
我们来看代码:
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");
}
跑一下结果:
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?这个好像跟同步代码的执行结果没什么区别啊?
嗯,完全正确。上面这个代码,真的是同步执行的。
这是异步编程的第一个容易错误的理解:async
和await
的配对。
三、async和await的配对
在异步编程的规范中,async
修饰的方法,仅仅表示这个方法在内部有可能采用异步的方式执行,CPU在执行这个方法时,会放到一个新的线程中执行。
那这个方法,最终是否采用异步执行,不决定于是否用await
方式调用这个方法,而决定于这个方法内部,是否有await
方式的调用。
看代码,很容易理解:
private?static?async?Task?func1()
{
????Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start");
????Thread.Sleep(1000);
????Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end");
}
这个方法,因为方法内部没有await
调用,所以这个方法永远会以同步方式执行,不管你调用这个方法时,有没有await
。
而下面这个代码:
private?static?async?Task?func1()
{
????Console.WriteLine("Func1?proccess?-?start");
????await?Task.Run(()?=>?Thread.Sleep(1000));
????Console.WriteLine("Func1?proccess?-?end");
}
因为这个方法里有await
调用,所以这个方法不管你以什么方式调用,有没有await
,都是异步执行的。
看代码:
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");
}
输出结果:
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
结果中,在长时间运行Thread.Sleep
的时候,跳出去往下执行了,是异步。
又有问题来了:不是说异步调用要用await
吗?
我们把await
加到调用方法的前边,试一下:
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();
}
跑一下结果:
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?
对,这是第二个容易错误的理解:await
是什么意思?
四、await是什么意思
提到await
,就得先说说Wait
。
字面意思,Wait
就是等待。
前边说了,异步有一个核心,是Task
。而Task
有一个方法,就是Wait
,写法是Task.Wait()
。所以,很多人把这个Wait
和await
混为一谈,这是错的。
这个问题来自于Task
。C#里,Task
不是专为异步准备的,它表达的是一个线程,是工作在线程池里的一个线程。异步是线程的一种应用,多线程也是线程的一种应用。Wait
,以及Status
、IsCanceled
、IsCompleted
、IsFaulted
等等,是给多线程准备的方法,跟异步没有半毛钱关系。当然你非要在异步中使用多线程的Wait
或其它,从代码编译层面不会出错,但程序会。
尤其,Task.Wait()
是一个同步方法,用于多线程中阻塞等待。
在那个「同步方法中调用异步方法」的文章中,用Task.Wait()
来实现同步方法中调用异步方法,这个用法本身就是错误的。异步不是多线程,而且在多线程中,多个Task.Wait()
使用也会死锁,也有解决和避免死锁的一整套方式。
再说一遍:Task.Wait()
是一个同步方法,用于多线程中阻塞等待,不是实现同步方法中调用异步方法的实现方式。
说回await
。字面意思,也好像是等待。是真的吗?
并不是,await
不完全是等待的意思。
在异步中,await
表达的意思是:当前线程/方法中,await
引导的方法出结果前,跳出当前线程/方法,从调用当前线程/方法的位置,去执行其它可能执行的线程/方法,并在引导的方法出结果后,把运行点拉回到当前位置继续执行;直到遇到下一个await
,或线程/方法完成返回,跳回去刚才外部最后执行的位置继续执行。
有点绕,还是看代码:
??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");
??}
这个代码,执行时是这样的:顺序执行1、2、3,进到func1
,执行9、10,到10时,有await
,所以跳出,执行4、5、6。而6是一个长时等待,在等待的过程中,func1
的10运行完成,运行点跳回10,执行11并结束方法,再回到6等待,结束等待后继续执行7、8结束。
我们看一下结果:
Async?proccess?-?start
Async?proccess?-?enter?Func1
Func1?proccess?-?start
Async?proccess?-?out?Func1
Async?proccess?-?done
Func1?proccess?-?end
Main?proccess?-?done
映证了这样的次序。
在这个例子中,await
在控制异步的执行次序。那为什么要用等待这么个词呢?是因为await
确实有等待结果的含义。
这是await
的第二层意思。
五、await的第二层意思:等待拿到结果
await
确实有等待的含义。等什么?等异步的运行结果。
看代码:
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;
}
比较一下这段代码和上一节的代码,很容易搞清楚执行过程。
这个代码,完成了这样一个需求:我们需要使用func1
方法的返回值。我们可以提前去执行这个方法,而不急于拿到方法的返回值,直到我们需要使用时,再用await
去获取到这个返回值去使用。
这才是异步对于我们真正的用处。对于一些耗时的IO或类似的操作,我们可以提前调用,让程序可以利用执行过程中的空闲时间来完成这个操作。等到我们需要这个操作的结果用于后续的执行时,我们await
这个结果。这时候,如果await
的方法已经执行完成,那我们可以马上得到结果;如果没有完成,则程序将继续执行这个方法直到得到结果。
六、同步方法中调用异步
正确的方法只有一个:
func1().GetAwaiter().GetResult();
这其实就是await
的一个变形。
内容总结
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