C#_异步编程走进异步编程的世界 - 剖析异步方法（上）

Posted 2021-04-13 VALOR宏

序

　　本文要求了解委托的使用。 

目录

• 介绍异步方法

• 控制流

• await 表达式

• How 取消异步操作

 

介绍异步方法

     异步方法：在执行完成前立即返回调用方法，在调用方法继续执行的过程中完成任务。

     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），表示需要异步执行的任务。

     （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将来完成工作，表示调用方法和异步方法可以继续执行。

     （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 表达式也可以作为异步对象；async 是一个上下文关键字；关键字 async 必须在返回类型前。

 

图1 异步方法的简单结构图

　　关于 async 关键字：

　　①在返回类型之前包含 async 关键字

　　②它只是标识该方法包含一个或多个 await 表达式，即，它本身不创建异步操作。

　　③它是上下文关键字，即可作为变量名。

 

　　现在先来简单分析一下这三种返回值类型：void、Task 和 Task<T>

　　（1）Task<T>：调用方法要从调用中获取一个 T 类型的值，异步方法的返回类型就必须是Task<T>。调用方法从 Task 的 Result 属性获取的就是 T 类型的值。

//Program.cs private static void Main(string[] args) {  Task < int > t = Calculator.AddAsync(1, 2); //一直在干活   Console.WriteLine($ "result: {t.Result}"); Console.Read();}

//Calculator.csinternal class Calculator { private static int Add(int n, int m) { return n + m;  } public static async Task < int > AddAsync(int n, int m) {    int val = await Task.Run(() = >Add(n, m)); return val; }}

图2

图3 

　　（2）Task：调用方法不需要从异步方法中取返回值，但是希望检查异步方法的状态，那么可以选择可以返回 Task 类型的对象。不过，就算异步方法中包含 return 语句，也不会返回任何东西。

//Program.cs private static void Main(string[] args) {   Task t = Calculator.AddAsync(1, 2); //一直在干活    t.Wait();  Console.WriteLine("AddAsync 方法执行完成"); Console.Read();}

//Calculator.cs internal class Calculator {  private static int Add(int n, int m) {  return n + m;  } 
 public static async Task AddAsync(int n, int m) {  int val = await Task.Run(() = >Add(n, m));  Console.WriteLine($ "Result: {val}");  } } 

 

图4

图5

     

（3）void：调用方法执行异步方法，但又不需要做进一步的交互。 

//Program.cs 
private static void Main(string[] args) { Calculator.AddAsync(1, 2);
 //一直在干活  Thread.Sleep(1000); //挂起1秒钟  Console.WriteLine("AddAsync 方法执行完成"); 
  Console.Read( );  }

//Calculator.cs internal class Calculator { private static int Add(int n, int m) { return n + m; }
 public static async void AddAsync(int n, int m) { int val = await Task.Run(() = >Add(n, m));  Console.WriteLine($ "Result: {val}"); }}

图6

图7

 

一、控制流

     异步方法的结构可拆分成三个不同的区域：

     （1）表达式之前的部分：从方法头到第一个 await 表达式之间的所有代码。

     （2）await 表达式：将被异步执行的代码。

     （3）表达式之后的部分：await 表达式的后续部分。

 

　　图1-1 

　　该异步方法执行流程：从await表达式之前的地方开始，同步执行到第一个 await，标识着第一部分执行结束，一般来说此时 await 工作还没完成。当await 任务完成后，该方法将继续同步执行后续部分。在执行的后续部分中，如果依然存在 await，就重复上述过程。

　　当到达 await 表达式时，线程将从异步方法返回到调用方法。如果异步方法的返回类型为 Task 或 Task<T>，会创建一个 Task 对象，标识需要异步完成的任务，然后将 Task 返回来调用方法。

 

　　图1-2

　　异步方法的控制流：

　　①异步执行 await 表达式的空闲任务。

　　②await 表达式执行完成，继续执行后续部分。如再遇到 await 表达式，按相同情况进行处理。

　　③到达末尾或遇到 return 语句时，根据返回类型可以分三种情况：

　　　　a.void：退出控制流。

　　　　b.Task：设置 Task 的属性并退出。

　　　　c.Task<T>：设置 Task 的属性和返回值（Result 属性）并退出。

　　④同时，调用方法将继续执行，从异步方法获取 Task 对象。需要值的时候，会暂停等到 Task 对象的 Result 属性被赋值才会继续执行。

 

　　【难点】

　　①第一次遇到 await 所返回对象的类型。这个返回类型就是同步方法头的返回类型，跟 await 表达式的返回值没有关系。

　　②到达异步方法的末尾或遇到 return 语句，它并没有真正的返回一个值，而是退出了该方法。

 

二、await 表达式

　　await 表达式指定了一个异步执行的任务。默认情况，该任务在当前线程异步执行。

　　每一个任务就是一个 awaitable 类的实例。awaitable 类型指包含 GetAwaiter() 方法的类型。

　　实际上，你并不需要构建自己的 awaitable，一般只需要使用 Task 类，它就是 awaitable。

　　最简单的方式是在方法中使用 Task.Run() 来创建一个 Task。【注意】它是在不同的线程上执行方法。

 

　　让我们一起来看看示例。

internal class Program { private static void Main(string[] args) {  var t = Do.GetGuidAsync();      t.Wait(); Console.Read(); }
 private class Do { /// <summary> /// 获取 Guid /// </summary> private static Guid GetGuid() //与Func<Guid> 兼容 { return Guid.NewGuid(); }
 /// <summary> /// 异步获取 Guid /// </summary> public static async Task GetGuidAsync() { var myFunc = new Func < Guid > (GetGuid);      var t1 = await Task.Run(myFunc);      var t2 = await Task.Run(new Func < Guid > (GetGuid));      var t3 = await Task.Run(() = >GetGuid());      var t4 = await Task.Run(() = >Guid.NewGuid()); Console.WriteLine($ "t1: {t1}"); Console.WriteLine($ "t2: {t2}"); Console.WriteLine($ "t3: {t3}"); Console.WriteLine($ "t4: {t4}"); } }}

图2-1

图2-2

 　　上面 4 个 Task.Run() 都是采用了 Task Run(Func<TReturn> func) 形式来直接或间接调用 Guid.NewGuid()。

 

　　Task.Run() 支持 4 中不同的委托类型所表示的方法：Action、Func<TResult>、Func<Task> 和 Func<Task<TResult>>

internal class Program {  private static void Main(string[] args) {  var t = Do.GetGuidAsync();  t.Wait(); 
 Console.Read();  }
 private class Do {  public static async Task GetGuidAsync() {  await Task.Run(() = >{  Console.WriteLine(Guid.NewGuid());  }); //Action  Console.WriteLine(await Task.Run(() = >Guid.NewGuid())); //Func<TResult> await Task.Run(() = >Task.Run(() = >{  Console.WriteLine(Guid.NewGuid());  })); //Func<Task>  Console.WriteLine(await Task.Run(() = >Task.Run(() = >Guid.NewGuid()))); //Func<Task<TResult>> } }}

图2-3 Task.Run() 方法的重载

 

三、How 取消异步操作

 　　CancellationToken 和 CancellationTokenSource 这两个类允许你终止执行异步方法。

　　（1）CancellationToken 对象包含任务是否被取消的信息；如果该对象的属性 IsCancellationRequested 为 true，任务需停止操作并返回；该对象操作是不可逆的，且只能使用（修改）一次，即该对象内的 IsCancellationRequested 属性被设置后，就不能改动。

　　（2）CancellationTokenSource 可创建 CancellationToken 对象，调用 CancellationTokenSource 对象的 Cancel 方法，会使该对象的 CancellationToken 属性 IsCancellationRequested 设置为 true。

　　【注意】调用 CancellationTokenSource 对象的 Cancel 方法，并不会执行取消操作，而是会将该对象的 CancellationToken 属性 IsCancellationRequested 设置为 true。

 

　　示例

internal class Program {  private static void Main(string[] args) {  CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();     CancellationToken token = source.Token;  var t = Do.ExecuteAsync(token);  //Thread.Sleep(3000); //挂起 3 秒  //source.Cancel(); //传达取消请求  t.Wait(token); //等待任务执行完成     Console.WriteLine($ "{nameof(token.IsCancellationRequested)}: {token.IsCancellationRequested}"); Console.Read();   } }
internal class Do {  /// <summary>  /// 异步执行  /// </summary>  public static async Task ExecuteAsync(CancellationToken token) {  if (token.IsCancellationRequested) {  return;  } 
 await Task.Run(() = >CircleOutput(token), token);  } 
 /// <summary>  /// 循环输出  /// </summary>  private static void CircleOutput(CancellationToken token) {  Console.WriteLine($ "{nameof(CircleOutput)} 方法开始调用："); 
 const int num = 5;  for (var i = 0; i < num; i++) {  if (token.IsCancellationRequested) //监控 CancellationToken  {  return;       }  Console.WriteLine($ "{i + 1}/{num} 完成");  Thread.Sleep(1000);  } }}

图3-1

图3-2 注释两行代码

图3-3：图3-1和图3-2的执行结果（注释两行代码）

　　上图是不调用 Cancel() 方法的结果图，不会取消任务的执行。

 

　　下图在 3 秒后调用 Cancel() 方法取消任务的执行：

图3-4：去掉注释

图3-5：图3-1和图3-4的执行结果（去掉注释）

 

小结

• 介绍异步方法的语法、三种不同的返回值类型（void、Task 和 Task<T>）和控制流程等。

• 简单常用的异步执行方式：Task.Run()。【注意】它是在不同的线程上执行方法。

• 如何取消异步操作。