C#异步编程概念和使用

Posted 2023-05-26 路鸣

异步编程要搞懂3个概念async、Task、await;

async修饰符指明方法为异步方法；

Task是异步方法返回类型；

await是运算符，用来等待异步方法完成；

当在异步方法中调用异步方法（理解为启动任务），可以在合适的时机等待任务完成，然后再使用返回的结果，这就是异步编程的优势，可以在一个过程中执行多个任务，在需要任务结果时再等待获取结果；

需要理解的时启动一个任务并不是立即就开始下一个任务，而是第一个任务需要等待时才会就控制权交还给调用方，调用方才能继续下面的过程，如下图所示

main开启任务DownloadDocsMainPageAsync，DownloadDocsMainPageAsync执行过程到await，然后将控制权交还给main，然后mian继续执行，如果main又有其他任务，则就又可以开启新的任务。

也就是在一个过程中调用多个异步方法时，异步才真正发挥作用，可以使用System.Threading.Tasks相关类型用于处理Task，比如 WhenAll和WhenAny，具体例子看官方文档（异步做饭节省时间）：

Asynchronous programming in C# | Microsoft Learn

 

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C#如何使用异步编程

 

   怎么使用异步，就是用委托进行处理，如果委托对象在调用列表中只有一个方法，它就可以异步执行这个方法。委托类有两个方法，叫做BeginInvoke和EndInvoke，它们是用来异步执行使用。

异步有三种模式

1. 等待模式，在发起了异步方法以及做了一些其它处理之后，原始线程就中断，并且等待异步方法完成之后再继续。
2. 轮询模式，原始线程定期检查发起的线程是否完成，如果没有则可以继续做一些其它的事情。
3. 回调模式，原始线程一直在执行，无需等待或检查发起的线程是否完成。在发起的线程中的引用方法完成之后，发起的线程就会调用回调方法，由回调方法在调用EndInvoke之前处理异步方法的结构。

在学习异步编程之前，先看看BeginInvoke和EndInvoke方法。
静态变量：静态变量使用static 修饰符进行声明在所属类被装载时创建通过类进行访问所属类的所有实例的同一静态变量都是同一个值；

非静态变量：不带有static 修饰符声明的变量称作非静态变量在类被实例化时创建通过对象进行访问同一个类的不同实例的同一非静态变量可以是不同的值

BeginInvoke方法

在调用BeginInvoke时，参数列表中的实参组成如下：

1）  引用方法需要的参数。

2）  两个额外的参数——callback参数和state参数。

BeginInvoke从线程池中获取一个线程并且在新的线程开始时运行引用方法。

BeginInvoke返回给调用线程一个实现IasyncResult接口的对象。这个接口引用包含了异步方法的当前状态，原始线程然后可以继续执行。

EndInvoke方法

它接受一个由BeginInvoke方法返回的IasyncResult对象的引用，并找到它关联的线程。

如果线程池的线程已经退出，EndInvoke做如下的事情。

1）  它清理退出线程的状态并且释放它的资源。

2）   它找到引用方法返回的值并且把它的值作为返回值。

如果当EndInvoke被调用时线程池的线程仍然在运行，调用线程就会停止并等待，直到清理完毕并返回值。因为EndInvoke是为开启的线程进行清理，所以必须确保对每一个 BeginInvoke都调用EndInvoke。

如果异步方法触发了异常，在调用EndInvoke时会抛出异常。

等待模式

在这种模式里，原始线程发起一个异步方法的调用，做一些其它处理，然后停止并等待，直到开启的线程结束。如下图

 

 

 

 

这段代码产生了如下输出。

 

既然我们已经看到了BeginInvoke和EndInoke的最简单形式，可以进一步了解IasyncResult了，它是使用这些方法的必要部分。

BeginInvoke返回一个IasyncResult接口的引用（内部是AsyncResult类的对象）。AsyncResult类表现了异步方法的状态。如下图：

 

1. 当我们调用委托对象的BeginInvoke方法时，系统创建了一个AsyncResult类的对象。然而，它不返回类的对象的引用，而是返回对象中包含的IasyncResult接口的引用。
2. AsyncResult对象包含一个叫做AsyncDelegate的属性，它返回一个指向被调用来开启异步方法的委托的引用。但是这个属性是类对象的一部分而是接口的一部分。
3. IsCompleted属性返回一个布尔值，表示异步方法是否完成。
4. AsyncState属性返回一个对象的引用，它被作为BeginInvoke方法调用时的state参数。它返回object类型的引用，稍后再讲解。。

轮询模式

在轮询模式中，原始线程发起了异步方法的调用，做一些其它处理，然后使用IAsyncResult对象的IsCompleted属性来定期检查 开启的线程是否完成。如果异步方法已经完成，原始线程就调用EndInvoke并继续。否则，它做一些其它处理，然后过一会儿再检查。如下图：

 

这段代码产生了如下输出。

 

回调模式

在之前的等待模式与轮询模式中，初始线程继续它自己的控制流程，直到它知道开启的线程完成。然后，它获取结果并继续。

回调模式的不同之处在于，一旦初始线程发起了异步方法，它就自己管自己了，不再考虑同步。当异步方法调用结束之后，系统调用一个用户自定义的方法来处理结束，并且调用委托的EndInvoke方法。这个用户自定义的方法叫做回调方法或回调。

BeginInvoke的参数列表中最后的两个额外参数被回调方法用做：

1）  第一个参数，callback参数，是回调方法的名字。

2）  第二个参数，state参数，可以是null或要传入回调方法的一个对象数据。我们可以通过使用IAsyncResult参数的AsyncState属性来获取这个对象。参数类型是object

回调方法的签名和返回类型必须和AsyncCallback委托类型所描述的形式一致。它需要方法接受一个IAsyncResult作为参数并且返回类型是void。如下所示：

Void AsyncCallback(IAsyncResult iar) 

在回调方法内，我们的代码应该调用委托的EndInvoke方法来处理异步方法执行后的输出值。要调用委托的EndInvoke方法，我们肯定需 要委托对象的引用，而它在初始线程中，不在开启线程中。如果我们不使用BeginInvoke的state参数作其它的用途，可以使用它发送委托的引用给 回调方法。否则，我们可以从发送给方法作为参数的IAsyncResult对象中提取出委托的引用。

1）  给回调方法的参数只有一个，就是刚结束的异步方法的IAsyncResult接口的引用，要记住，IAsyncResult接口对象在AsyncResult类对象的内部。

2）  尽管IAsyncResult接口没有委托对象的引用，而包含它的AsyncResult类对象却有委托对象的引用。

3）  有了类对象的引用，我们现在就可以调用类对象的AsyncDelegate属性并且把它转化为合适的委托类型。这样就得到了委托引用，我们可以用它来调用EndInvoke。

如下代码所示：

 

 

 

 

这段代码产生了如下输出。