基于任务的异步编程模式（TAP）

Posted 2020-11-19 pilgrim

异步编程是C#5.0的一个重要改进，提供两个关键字：async和await。使用异步编程，方法的调用是在后台运行（通常在线程或任务的帮助下），但不会阻塞调用线程。异步模式分为3种：异步模式、基于事件的异步模式和基于任务的异步模式（TAP）。TAP是利用关键字async和await实现的，本文将讲解TAP模式。async和await关键字只是编译器的功能。编译器最终会用Task类创建代码。

1、创建任务

建立一个同步方法Greeting，该方法在等待一段时间后，返回一个字符串。

 private string Greeting(int delay, string name)
 {
     System.Threading.Thread.Sleep(delay);
     return string.Format("Hello, {0}.", name);
 }

定义一个方法GreetingAsync，可以使方法异步化，其传入的参数不做强制要求。基于任务的异步模式指定，并返回一个任务。注意，该方法返回的是Task<string>，定义了一个返回字符串的任务，与同步方法返回值一致。

private Task<string> GreetingAsync(string name, int delay = 3000)
{
    return Task.Run<string>(() =>
    {
        return Greeting(delay, name);
    });
}

2、调用异步方法

可以使用await关键字调用返回任务的异步方法GreetingAsync。但是，使用await关键字的方法必须要用async关键字修饰符声明。在GreetingAsync方法完成前，被async关键字修饰的方法内await关键字后面的代码不会继续执行。但是，启动被async关键字修饰的方法的线程可以被重用，而没有被阻塞。

public async void CallerWithAsync()
{
    string result = await GreetingAsync("Nigel", 2000);
    Console.WriteLine(result);
}

 注意：async修饰符修饰只能用于返回Task或void的方法。不能作为程序的入口点，即Main方法不能使用async修饰符。await修饰符只能用于返回Task的方法。

3、延续任务

GreetingAsync方法返回一个Task<string>对象。该对象包含任务创建的信息，并保存到任务完成。Task类的ContinueWith方法可在任务完成后继续调用的代码。

 public void CallsWithContinuationTask()
 {
     Task<string> task = GreetingAsync("Stephanie", 1000);
     task.ContinueWith(t =>
     {
         Console.WriteLine(t.Result);
     });
 }

实际上，编译器会把await关键字后的所有代码放进ContinueWith方法内。不论是await关键字的方法还是任务的ContinueWith方法，在方法的不同生命阶段使用了不同的线程。都是当await关键字的方法或任务执行完毕后，再由另一个线程去执行await关键字后面的代码，或给当前线程添加新的任务去执行相关代码。

在具有UI的应用程序中，应用程序的窗体的控件不允许跨线程访问，需要使用控件的InvokeRequired属性和Invoke方法，将访问UI的方法代码块以委托的形式传递给控件的Invoke，但是在执行前需要判断控件的InvokeRequired。在使用async和await关键字，当await完成后，不需要做任何处理，就可以放访问UI线程（实际上是将控制权又交给了UI线程）。

4、使用多个异步方法

4.1、按顺序调用多个异步方法

使用await关键字可以调用每个异步方法。如果一个异步方法依赖于另一个异步方法，将会起到很大作用。但当异步方法之间没有相互依赖的时候，不使用await关键字将更快返回结果。

 public async void MultipleAsyncMethods()
 {
     DateTime start = DateTime.Now;
     string result1 = await GreetingAsync("Jack",2500);//先执行完它
     string result2 = await GreetingAsync("Tim",1500);//再执行它
     //输出结果
     Console.WriteLine("Finished both methods: MultipleAsyncMethods.
Result 1: {0}, Result 2: {1}", result1, result2);
     Console.WriteLine("Use time: {0}", (DateTime.Now - start).TotalMilliseconds);
 }

4.2、使用组合器

如果任务之间并不依赖于另一个任务，每个异步方法都不需要使用await，而是把每个异步方法的返回结果赋值给Task变量，使用组合器让这些任务并行运行。当组合器内的所有任务都完成后，才会执行后面的代码。

public async void MultipleAsyncMethodsWithCombinators1()
{
    DateTime start = DateTime.Now;
    Task<string> t1=  GreetingAsync("Jack", 2500);
    Task<string> t2= GreetingAsync("Tim", 1500);
    await Task.WhenAll(t1, t2);
    //输出结果
    Console.WriteLine("Finished both methods: MultipleAsyncMethodsWithCombinators1.
Result 1: {0}, Result 2: {1}", t1.Result, t2.Result);
    Console.WriteLine("Use time: {0}", (DateTime.Now - start).TotalMilliseconds);
}

如果所有任务类型都返回相同的类型，则可用该类型的数组作为await返回的结果

public async void MultipleAsyncMethodsWithCombinators2()
{
    DateTime start = DateTime.Now;
    Task<string> t1 = GreetingAsync("Jack", 2500);
    Task<string> t2 = GreetingAsync("Tim", 1500);
    string[] results= await Task.WhenAll(t1, t2);
    //输出结果
    Console.WriteLine("Finished both methods: MultipleAsyncMethodsWithCombinators2.
Result 1: {0}, Result 2: {1}", results[0], results[1]);
    Console.WriteLine("Use time: {0}", (DateTime.Now - start).TotalMilliseconds);
}

 5、异步方法的异常处理

如果调用异步方法，但是没有等待，那么调用异步方法的线程中使用传统的try/catch块是不能捕获到异步方法中的异常。因为在异步方法执行出现异常之前，已经执行完毕。

如何捕获异常见《基于任务的异步编程模式（TAP）的错误处理》。