c# 异步编程

2022-10-03 15:35:32

1. 引入

　　同步，任务以固定的顺序执行。异步，任务不需要按照固定顺序执行。从.net4.5开始，异步主要通过Task实现。异步编程的核心是Task和Task<T>对象，用来模拟异步操作，并通过async和await关键字修饰。其中异步模型的操作，一般分为以下2种：

　　（1）对于I/O绑定的代码，await将在异步方法中返回一个Task或Task<T>；

　　（2）对于绑定CPU类的程序，await将在带有Task.Run()方法的后台线程上启动操作；

2. 异步编程的三种模式

基于任务的异步模式（TAP）：TAP在.NET4.0中引入，使用单个犯法来表示异步操作的启动和完成，.NET中推荐使用该方法实现异步编程。　
基于事件的异步模式（EAP）：EAP在.NET Framework2.0中引入，用于提供异步行为的基于事件的遗留模型，需要一个async后缀的一个或多个时间，时间处理程序委托Type和EventArg-derived类型的方法。
异步编程模型（APM）：APM模型也称为AsyncResult模式，是使用IAsyncResult接口提供异步行为的传统模型。该模式中，异步操作需要begin()和end()方法，目前不推荐开发中使用该方法。

　　这三种模式的实现，以"从指定的偏移量开始将指定数量的数据读入提供的缓存区"为例进行实现。

　　 public class MyClass
    {
        public int Read(byte[] buffer, int offset, int count)；
    }

　　该方法的TAP模式实现如下：

    public class MyClass
    {
       public Task<int> ReadAsync(byte[] buffer, int offset, int count);
    }

　　EAP对应方法将公开一下类型和成员：

public class MyClass  
{  
    public void ReadAsync(byte [] buffer, int offset, int count);  
    public event ReadCompletedEventHandler ReadCompleted;  
}

　　APM模式下实现如下：

public class MyClass  
{  
    public IAsyncResult BeginRead(byte [] buffer,int offset, int count,AsyncCallback callback, object state);  
    public int EndRead(IAsyncResult asyncResult);  
}

3. 异步操作的实现

3.1 I/O绑定实例　　

　　场景描述：点击按钮从web服务下载数据，但不能锁定UI线程。

private readonly HttpClient _httpClient=new HttpClient();
downloadButton.Click +=async (o,e)=>
{
       //在web服务请求发生时间向UI提供控制
       //UI线程*地执行其他工作
       var stringData = await _httpClient.GetStringAsync(URL);
       DoSomethingWithData(stringData);
 }

3.2 CPU绑定实例：执行游戏计算

　　场景描述：写一个手机端游戏，点击按钮对屏幕上许多敌人造成伤害，但执行损害计算的代价可能是昂贵的，并且在UI线程上执行计算时可能导致界面暂停。

　　解决该问题的最佳办法是开启一个用Task.Run工作的后台线程，用await等待返回结果。

private DamageResult CalculateDamageDone()
{
    // Code omitted:
    //
    // Does an expensive calculation and returns
    // the result of that calculation.
}

calculateButton.Clicked += async (o, e) =>
{
    // This line will yield control to the UI while CalculateDamageDone()
    // performs its work.  The UI thread is free to perform other work.
    var damageResult = await Task.Run(() => CalculateDamageDone());
    DisplayDamage(damageResult);
};

3.3 关键点

异步操作既可用于I/O绑定代码，也可用于CPU绑定代码；
异步代码使用Task<T>和task，task用于在后台工作模式的构造；
async关键字标记方法为异步方法，允许在方法体中使用await关键字；
当使用await关键字时，会暂停调用方法，并将控制权返回给它的调用方，知道等待的任务完成；
await只能被应用在async修饰的方法内

3.4 如何分辨是I/O绑定还是CPU绑定？

　　（1）如果代码需要“等待”，例如来自数据库的数据，则为I/O绑定；

　　（2）如果代码执行需要消耗大代价的计算，则为CPU绑定。　　

4. 总结

async void只用于事件处理程序；async void方法中抛出的异常不能在该方法之外捕获；async void方法很难测试；async void如果调用者不希望是异步的，方法可能会有错误。
LINQ中的lambda表达式延迟执行，如果书写错误，可能很容易引起死锁。

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