C#语言async, await 简单介绍与实例（入门级）

Posted 2023-06-21 启明星工作室

本文介绍异步编程的基本思想和语法。在程序处理里，程序基本上有两种处理方式：同步和异步。对于有些新手，甚至认为“同步”是同时进行的意思，这显然是错误的。同步的基本意思是：程序一个个执行方法，或者说在方法调用上，fun1(), fun2(), fun3(),fun4().. 按顺序调用，而异步的意思是:方法不是按顺序执行，可能fun2执行的时间比较长

      本文介绍异步编程的基本思想和语法。在程序处理里，程序基本上有两种处理方式：同步和异步。对于有些新手，甚至认为“同步”是同时进行的意思，这显然是错误的。

同步的基本意思是：程序一个个执行方法，或者说在方法调用上，fun1(), fun2(), fun3(),fun4().. 按顺序调用，而异步的意思是:方法不是按顺序执行，可能fun2执行的时间比较长

那就先执行fun3,fun4。等执行完了fun2 在执行后面的fun1,fun6,fun7...， 很显然，异步编程比同步编程复杂很多，因为他涉及到线程的同步。

 

      注意：对于单核CPU来说，任一时刻只能执行一条指令，对于这种微观观点，我们不用太过于深究，因为操作系统会帮助我们调度。换句话说，我们一边打印word文档，一边听歌，一边写字

虽然我们感觉是“同时”进行的，但是其实是CPU是在后台不停的帮助我们切换进程，只是CPU切换的速度太快了，让我们感觉我们是在“同时”做很多件事。

 

（一）基本异步示例

下面代码演示了一个基本上异步程序：（程序使用VS2022+.NET 7.0 开发的）

（1）HandleFileAsync() 表示这是一个异步的方法，方法名称前有一个 await 关键字。

 作为一个约定，方法总是以Async结尾，这样，使用者看到这个方法就知道了这是一个异步方法，这仅仅是方法名称的一个约定，不加Async不影响使用。

（2）在HandleFileAsync 方法里，模拟执行一些费时的操作。

（3）在HandleFileAsync 执行期间，不会阻塞主线程，现在输入字符串 123 ，系统会显示出入的结果。

（4）在异步方法执行完毕后，返回主线程，输出计数的结果。

using System;
using System.IO;
using System.Threading.Tasks;

class Program

    public static void Main()
    
        // Part 1: 开始处理大文件文件
        Task<int> task = HandleFileAsync();

        // 在文件处理前，把控制权交给控制台
        // 让用户输入一些文字
        Console.WriteLine("请耐心等待，系统正在处理文件，" +" 但是此时，你可以输入一些字母，回车后显示");

        // 在文件处理时，同时读取你的输入
        string line = Console.ReadLine();
        Console.WriteLine("你刚刚输入的是: " + line);

        // Part 3: 等候处理结果
        //  显示处理结果
        task.Wait();
        var x = task.Result;
        Console.WriteLine("计数: " + x);

        Console.WriteLine("程序运行完毕！");
        Console.ReadLine();
    

    static async Task<int> HandleFileAsync()
    
        string file = @"C:\\qmx\\token.txt";

        // Part 2: 下面开始处理大文件

        Console.WriteLine("文件处理开始");
        int count = 0;

        // 读取文件
        using (StreamReader reader = new StreamReader(file))
        
            string v = await reader.ReadToEndAsync();

            // 处理数据
            count += v.Length;

           
            // 这里是模拟代码，并没有实际的意义， 让程序执行1000万次，
            // 纯粹是模拟这是一个耗时的操作
            for (int i = 0; i < 1000000; i++)
            
                int x = v.GetHashCode();
                if (x == 0)
                
                    count--;
                
            
        
        Console.WriteLine("文件处理结束");
        return count;
    
 

 

 下面显示的是运行结果

 

 当然上面后面的代码可以简写为  var x =await task.Result; 

 

 （二）线程阻塞（死锁）

 在上面方法里，必须小心的调用 Wait方法，因为处理不好，很容易发生任务阻塞。 Stephen Cleary 曾经给了一个典型的例子：见 

https://blog.stephencleary.com/2012/07/dont-block-on-async-code.html

想象一下，我们有一个winForm应用程序，里面有一个Button，在Button的点击事件里，我们调用 HttpClient 的 GetStringAsync 方法获取返回的JSON字符串，然后把字符串显示在文本框里。

为此，我们编写了如下代码：

// Button的点击事件
public void Button1_Click(...)

//获取Web返回的字符串
  var jsonTask = GetJsonAsync(...);
//把字符串显示在文本框里
  textBox1.Text = jsonTask.Result;



public static async Task<JObject> GetJsonAsync(Uri uri)

  // 调用 HttpClient 的 GetStringAsync 方法获取JSON
  using (var client = new HttpClient())
  
    var jsonString = await client.GetStringAsync(uri);
    return JObject.Parse(jsonString);
  

现在你运行上面的代码，当你点击按钮时，你会发现程序没有出现你所想要的结果：因为程序被卡死了，根本无法进行其他操作。
除了终止应用程序，你别无选择。为什么会发生什么死锁现象呢？ 

为了让通俗解释死锁看下面一个例子：假设我们有一把蓝钥匙，可以打开一扇蓝色门；以及一把红钥匙，可以打开一扇红色门。两把钥匙被保存在一个皮箱里。同时我们定义六种行为：获取蓝钥匙，打开蓝色门，归还蓝钥匙，获取红钥匙，打开红色门，归还红钥匙。如下图：你可以把6个行为理解为函数里6个方法 （以下内容改写自知乎）

 

如果是同步编程，方法一个个调用，没有问题

但是，当异步调动时，每个方法顺序就不那么确定了，就可能出现如下这个情况

 

可以看到，当两个线程都运行到第三步的时候，线程A在等线程B归还红钥匙，线程B在等线程A归还蓝钥匙，因而两个线程都永远卡在那里无法前进。
这就是形成了死锁。

理解了上面的死锁，回头再来看为什么winForm里产生了死锁，主线程调用异步方法返回的结果，被告知方法未完成，因此主线程在等待方法完成。

当异步方法完成后，把自己状态告知主线程已经Compled时，但是主线程一直在繁忙状态，他在等待任务完成，因此，发生了死锁。

这告诉我们在异步编程时，要特别需要注意死锁的问题。作为一个简单的解决方法：只要加一个await 异步就可以了

public async void Button1_Click(...)

  var json = await GetJsonAsync(...);
  textBox1.Text = json;

这也就是大家常说“一路异到底”。（不要在同步方法里调用异步方法，要异步调用异步，一路异到底）

 

（三）ContinueWith

 

在现实世界里，经常会发生在一个方法完成之后，在进行下一个方法的调用，
例如，在Button 事件里 （1）异步从网络获取HTML源代码。 （2）把源代码写入 C:\\File.txt 里

这就需要第二步骤需要在第一步完成之后运行，此时需要用到ContinueWith 方法。

下面的代码简单演示了 ContinueWith  （其实，ContinueWith 这个方法的名字就已经很好的解释了他的作用）

using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program

    static void Main()
    
        //调用10次异步方法
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        
            Run2Methods(i);
        
        //所有调用都是异步
        Console.ReadLine();
    

    static async void Run2Methods(int count)
    
        // 在调动完后，调用 ContinueWith 继续操作 
        int result = await Task.Run(() => GetSum(count))
            .ContinueWith(task => MultiplyNegative1(task));
        Console.WriteLine("Run2Methods 结果: " + result);
    

    static int GetSum(int count)
    
        //这里模拟一些额外操作
        int sum = 0;
        for (int z = 0; z < count; z++)
        
            sum += (int)Math.Pow(z, 2);
        
        return sum;
    

    static int MultiplyNegative1(Task<int> task)
    
        //  这里模拟对数字取其相反数
        return task.Result * -1;
    

下面显示了运行结果

 

上面简单的介绍了异步编程。