走进异步编程的世界 - 开始接触 async/await
序
這是學(xué)習(xí)異步編程的入門篇。
涉及?C# 5.0 引入的?async/await，但在控制臺(tái)輸出示例時(shí)經(jīng)常會(huì)采用 C# 6.0 的 $"" 來拼接字符串，相當(dāng)于string.Format() 方法。
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目錄
What's 異步？
async/await 結(jié)構(gòu)
What’s 異步方法？
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一、What's 異步？
? ? ?啟動(dòng)程序時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程。進(jìn)程是構(gòu)成運(yùn)行程序資源的集合。
? ? ?在進(jìn)程內(nèi)部，有稱為線程的內(nèi)核對(duì)象，它代表的是真正的執(zhí)行程序。系統(tǒng)會(huì)在 Main 方法的第一行語句就開始線程的執(zhí)行。
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? ? ?線程：
? ? ?①默認(rèn)情況，一個(gè)進(jìn)程只包含一個(gè)線程，從程序的開始到執(zhí)行結(jié)束；
? ? ?②線程可以派生自其它線程，所以一個(gè)進(jìn)程可以包含不同狀態(tài)的多個(gè)線程，來執(zhí)行程序的不同部分；
? ? ?③一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程，將共享該進(jìn)程的資源；
? ? ?④系統(tǒng)為處理器執(zhí)行所規(guī)劃的單元是線程，而非進(jìn)程。
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? ? ?一般來說我們寫的控制臺(tái)程序都只使用了一個(gè)線程，從第一條語句按順序執(zhí)行到最后一條。但在很多的情況下，這種簡(jiǎn)單的模型會(huì)在性能或用戶體驗(yàn)上不好。
? ? ?例如：服務(wù)器要同時(shí)處理來自多個(gè)客戶端程序的請(qǐng)求，又要等待數(shù)據(jù)庫和其它設(shè)備的響應(yīng)，這將嚴(yán)重影響性能。程序不應(yīng)該將時(shí)間浪費(fèi)在響應(yīng)上，而要在等待的同時(shí)執(zhí)行其它任務(wù)！
? ? ?現(xiàn)在我們開始進(jìn)入異步編程。在異步程序中，代碼不需要按照編寫時(shí)的順序執(zhí)行。這時(shí)我們需要用到 C# 5.0 引入的?async/await?來構(gòu)建異步方法。
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? ? ?我們先看一下不用異步的示例：
class Program
? ? {
? ? ? ? //創(chuàng)建計(jì)時(shí)器
? ? ? ? private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();
? ? ? ? private static void Main(string[] args)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? //啟動(dòng)計(jì)時(shí)器
? ? ? ? ? ? Watch.Start();
? ? ? ? ? ? const string url1 = "http://www.cnblogs.com/";
? ? ? ? ? ? const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/";
? ? ? ? ? ? //兩次調(diào)用 CountCharacters 方法（下載某網(wǎng)站內(nèi)容，并統(tǒng)計(jì)字符的個(gè)數(shù)）
? ? ? ? ? ? var result1 = CountCharacters(1, url1);
? ? ? ? ? ? var result2 = CountCharacters(2, url2);
? ? ? ? ? ? //三次調(diào)用 ExtraOperation 方法（主要是通過拼接字符串達(dá)到耗時(shí)操作）
? ? ? ? ? ? for (var i = 0; i < 3; i++)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? ExtraOperation(i + 1);
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? //控制臺(tái)輸出
? ? ? ? ? ? Console.WriteLine($"{url1} 的字符個(gè)數(shù)：{result1}");
? ? ? ? ? ? Console.WriteLine($"{url2} 的字符個(gè)數(shù)：{result2}");
? ? ? ? ? ? Console.Read();
? ? ? ? }
? ? ? ? /// <summary>
? ? ? ? /// 統(tǒng)計(jì)字符個(gè)數(shù)
? ? ? ? /// </summary>
? ? ? ? /// <param name="id"></param>
? ? ? ? /// <param name="address"></param>
? ? ? ? /// <returns></returns>
? ? ? ? private static int CountCharacters(int id, string address)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? var wc = new WebClient();
? ? ? ? ? ? Console.WriteLine($"開始調(diào)用 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
? ? ? ? ? ? var result = wc.DownloadString(address);
? ? ? ? ? ? Console.WriteLine($"調(diào)用完成 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
? ? ? ? ? ? return result.Length;
? ? ? ? }
? ? ? ? /// <summary>
? ? ? ? /// 額外操作
? ? ? ? /// </summary>
? ? ? ? /// <param name="id"></param>
? ? ? ? private static void ExtraOperation(int id)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? //這里是通過拼接字符串進(jìn)行一些相對(duì)耗時(shí)的操作
? ? ? ? ? ? var s = "";
? ? ? ? ? ? for (var i = 0; i < 6000; i++)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? s += i;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
? ? ? ? }
? ? }
? ? ?圖1-1 運(yùn)行的效果圖，以毫秒（ms）為單位
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【備注】一般來說，直接拼接字符串是一種比較耗性能的手段，如果對(duì)字符串拼接有性能要求的話應(yīng)該使用 StringBuilder。
【注意】每次運(yùn)行的結(jié)果可能不同。不管哪次調(diào)試，絕大部分時(shí)間都浪費(fèi)前兩次調(diào)用（CountCharacters 方法），即在等待網(wǎng)站的響應(yīng)上。
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圖1-2 根據(jù)執(zhí)行結(jié)果所畫的時(shí)間軸
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? ? ?有人曾幻想著這樣提高性能的方法：在調(diào)用 A 方法時(shí)，不等它執(zhí)行完，直接執(zhí)行 B 方法，然后等 A 方法執(zhí)行完成再處理。
? ? ?C# 的 async/await 就可以允許我們這么弄。
?這是修改后的代碼
?圖1-3 修改后的執(zhí)行結(jié)果圖
圖1-4 根據(jù)加入異步后的執(zhí)行結(jié)果畫的時(shí)間軸。
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我們觀察時(shí)間軸發(fā)現(xiàn)，新版代碼比舊版快了不少（由于網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)的原因，很可能會(huì)出現(xiàn)耗時(shí)比之前長(zhǎng)的情況）。這是由于 ExtraOperation?方法的數(shù)次調(diào)用是在 CountCharactersAsync?方法調(diào)用時(shí)等待響應(yīng)的過程中進(jìn)行的。所有的工作都是在主線程中完成的，沒有創(chuàng)建新的線程。
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【改動(dòng)分析】只改了幾個(gè)細(xì)節(jié)的地方，直接展開代碼的話可能看不出來，改動(dòng)如下：
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?圖1-5
圖1-6
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①從 Main 方法執(zhí)行到?CountCharactersAsync(1, url1) 方法時(shí)，該方法會(huì)立即返回，然后才會(huì)調(diào)用它內(nèi)部的方法開始下載內(nèi)容。該方法返回的是一個(gè) Task<int> 類型的占位符對(duì)象，表示計(jì)劃進(jìn)行的工作。這個(gè)占位符最終會(huì)返回 int 類型的值。
②這樣就可以不必等?CountCharactersAsync(1, url1) 方法執(zhí)行完成就可以繼續(xù)進(jìn)行下一步操作。到執(zhí)行?CountCharactersAsync(2, url2) ?方法時(shí)，跟 ① 一樣返回 Task<int> 對(duì)象。
③然后，Main 方法繼續(xù)執(zhí)行三次 ExtraOperation 方法，同時(shí)兩次?CountCharactersAsync 方法依然在持續(xù)工作 。
④t1.Result 和 t2.Result 是指從?CountCharactersAsync 方法調(diào)用的 Task<int> 對(duì)象取結(jié)果，如果還沒有結(jié)果的話，將阻塞，直有結(jié)果返回為止。
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二、async/await 結(jié)構(gòu)
? ? ?先解析一下專業(yè)名詞：
? ???同步方法：一個(gè)程序調(diào)用某個(gè)方法，等到其執(zhí)行完成之后才進(jìn)行下一步操作。這也是默認(rèn)的形式。
? ???異步方法：一個(gè)程序調(diào)用某個(gè)方法，在處理完成之前就返回該方法。通過 async/await 我們就可以實(shí)現(xiàn)這種類型的方法。
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? ? ?async/await 結(jié)構(gòu)可分成三部分：
? ? ?（1）調(diào)用方法：該方法調(diào)用異步方法，然后在異步方法執(zhí)行其任務(wù)的時(shí)候繼續(xù)執(zhí)行；
? ? ?（2）異步方法：該方法異步執(zhí)行工作，然后立刻返回到調(diào)用方法；
? ? ?（3）await 表達(dá)式：用于異步方法內(nèi)部，指出需要異步執(zhí)行的任務(wù)。一個(gè)異步方法可以包含多個(gè) await 表達(dá)式（不存在 await 表達(dá)式的話 IDE 會(huì)發(fā)出警告）。
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現(xiàn)在我們來分析一下示例。
圖2-1
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?三、What’s 異步方法
? ? ?異步方法：在執(zhí)行完成前立即返回調(diào)用方法，在調(diào)用方法繼續(xù)執(zhí)行的過程中完成任務(wù)。
? ? ?語法分析：
? ? ?（1）關(guān)鍵字：方法頭使用 async 修飾。
? ? ?（2）要求：包含 N（N>0） 個(gè) await 表達(dá)式（不存在 await 表達(dá)式的話 IDE 會(huì)發(fā)出警告），表示需要異步執(zhí)行的任務(wù)。
? ? ?（3）返回類型：只能返回 3 種類型（void、Task 和 Task<T>）。Task 和 Task<T> 標(biāo)識(shí)返回的對(duì)象會(huì)在將來完成工作，表示調(diào)用方法和異步方法可以繼續(xù)執(zhí)行。
? ? ?（4）參數(shù)：數(shù)量不限，但不能使用?out 和 ref 關(guān)鍵字。
? ? ?（5）命名約定：方法后綴名應(yīng)以 Async 結(jié)尾。
? ? ?（6）其它：匿名方法和 Lambda 表達(dá)式也可以作為異步對(duì)象；async 是一個(gè)上下文關(guān)鍵字；關(guān)鍵字 async 必須在返回類型前。
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圖3-1 異步方法的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖
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小結(jié)
1.解析了進(jìn)程和線程的概念
2.異步的簡(jiǎn)單用法
3.async/await 結(jié)構(gòu)體
4.異步方法語法結(jié)構(gòu)
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的走进异步编程的世界 - 开始接触 async/await的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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