[C#] 開始接觸 async/await 異步編程,
開始接觸 async/await 異步編程
序
這是學習異步編程的入門篇。
目錄
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What's 異步?
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async/await 結構
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What’s 異步方法?
一、What's 異步?
啟動程序時,系統會在內存中創建一個新的進程。進程是構成運行程序資源的集合。
在進程內部,有稱為線程的內核對象,它代表的是真正的執行程序。系統會在 Main 方法的第一行語句就開始線程的執行。
線程:
(1)默認情況,一個進程只包含一個線程,從程序的開始到執行結束;
(2)線程可以派生自其它線程,所以一個進程可以包含不同狀態的多個線程,來執行程序的不同部分;
(3)一個進程中的多個線程,將共享該進程的資源;
(4)系統為處理器執行所規劃的單元是線程,而非進程。
一般來說我們寫的控制台程序都只使用了一個線程,從第一條語句按順序執行到最後一條。但在很多的情況下,這種簡單的模型會在性能或用戶體驗上不好。
例如:服務器要同時處理來自多個客戶端程序的請求,又要等待數據庫和其它設備的響應。這將嚴重影響性能。程序不應該將時間浪費在響應上,而要在等待的同時執行其它任務!
現在我們開始學習異步編程。在異步程序中,代碼不需要按照編寫時的順序執行。這時我們需要用到 C# 5.0 引入的 async/await 來構建異步方法。
我們先看一下不用異步的示例:
1 class Program
2 {
3 //創建計時器
4 private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();
5
6 private static void Main(string[] args)
7 {
8 //啟動計時器
9 Watch.Start();
10
11 const string url1 = "http://www.cnblogs.com/";
12 const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/";
13
14 //兩次調用 CountCharacters 方法(下載某網站內容,並統計字符的個數)
15 var result1 = CountCharacters(1, url1);
16 var result2 = CountCharacters(2, url2);
17
18 //三次調用 ExtraOperation 方法(主要是通過拼接字符串達到耗時操作)
19 for (var i = 0; i < 3; i++)
20 {
21 ExtraOperation(i + 1);
22 }
23
24 //控制台輸出
25 Console.WriteLine($"{url1} 的字符個數:{result1}");
26 Console.WriteLine($"{url2} 的字符個數:{result2}");
27
28 Console.Read();
29 }
30
31 /// <summary>
32 /// 統計字符個數
33 /// </summary>
34 /// <param name="id"></param>
35 /// <param name="address"></param>
36 /// <returns></returns>
37 private static int CountCharacters(int id, string address)
38 {
39 var wc = new WebClient();
40 Console.WriteLine($"開始調用 id = {id}:{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
41
42 var result = wc.DownloadString(address);
43 Console.WriteLine($"調用完成 id = {id}:{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
44
45 return result.Length;
46 }
47
48 /// <summary>
49 /// 額外操作
50 /// </summary>
51 /// <param name="id"></param>
52 private static void ExtraOperation(int id)
53 {
54 //這裡是通過拼接字符串進行一些相對耗時的操作
55 var s = "";
56
57 for (var i = 0; i < 6000; i++)
58 {
59 s += i;
60 }
61
62 Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成:{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
63 }
64 }
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【注意】每次運行的結果可能不同。不管哪次調試,絕大部分時間都浪費前兩次調用(CountCharacters 方法),即在等待網站的響應上。
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圖1-2 根據執行結果所畫的時間軸
有人曾幻想著這樣提高性能的方法:在調用 A 方法時,不等它執行完,直接執行 B 方法,然後等 A 方法執行完成再處理。
C# 的 async/await 就可以允許我們這麼弄。

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1 class Program
2 {
3 //創建計時器
4 private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();
5
6 private static void Main(string[] args)
7 {
8 //啟動計時器
9 Watch.Start();
10
11 const string url1 = "http://www.cnblogs.com/";
12 const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/";
13
14 //兩次調用 CountCharactersAsync 方法(異步下載某網站內容,並統計字符的個數)
15 Task<int> t1 = CountCharactersAsync(1, url1);
16 Task<int> t2 = CountCharactersAsync(2, url2);
17
18 //三次調用 ExtraOperation 方法(主要是通過拼接字符串達到耗時操作)
19 for (var i = 0; i < 3; i++)
20 {
21 ExtraOperation(i + 1);
22 }
23
24 //控制台輸出
25 Console.WriteLine($"{url1} 的字符個數:{t1.Result}");
26 Console.WriteLine($"{url2} 的字符個數:{t2.Result}");
27
28 Console.Read();
29 }
30
31 /// <summary>
32 /// 統計字符個數
33 /// </summary>
34 /// <param name="id"></param>
35 /// <param name="address"></param>
36 /// <returns></returns>
37 private static async Task<int> CountCharactersAsync(int id, string address)
38 {
39 var wc = new WebClient();
40 Console.WriteLine($"開始調用 id = {id}:{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
41
42 var result = await wc.DownloadStringTaskAsync(address);
43 Console.WriteLine($"調用完成 id = {id}:{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
44
45 return result.Length;
46 }
47
48 /// <summary>
49 /// 額外操作
50 /// </summary>
51 /// <param name="id"></param>
52 private static void ExtraOperation(int id)
53 {
54 //這裡是通過拼接字符串進行一些相對耗時的操作
55 var s = "";
56
57 for (var i = 0; i < 6000; i++)
58 {
59 s += i;
60 }
61
62 Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成:{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
63 }
64 }
這是修改後的代碼
圖1-3 修改後的執行結果圖
圖1-4 根據加入異步後的執行結果畫的時間軸。
我們觀察時間軸發現,新版代碼比舊版快了不少(由於網絡波動的原因,很可能會出現耗時比之前長的情況)。這是由於 ExtraOperation 方法的數次調用是在 CountCharactersAsync 方法調用時等待響應的過程中進行的。所有的工作都是在主線程中完成的,沒有創建新的線程。
【改動分析】只改了幾個細節的地方,直接展開代碼的話可能看不出來,改動如下:
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圖1-6
①從 Main 方法執行到 CountCharactersAsync(1, url1) 方法時,該方法會立即返回,然後才會調用它內部的方法開始下載內容。該方法返回的是一個 Task<int> 類型的占位符對象,表示計劃進行的工作。這個占位符最終會返回 int 類型的值。
②這樣就可以不必等 CountCharactersAsync(1, url1) 方法執行完成就可以繼續進行下一步操作。到執行 CountCharactersAsync(2, url2) 方法時,跟 ① 一樣返回 Task<int> 對象。
③然後,Main 方法繼續執行三次 ExtraOperation 方法,同時兩次 CountCharactersAsync 方法依然在持續工作 。
④t1.Result 和 t2.Result 是指從 CountCharactersAsync 方法調用的 Task<int> 對象取結果,如果還沒有結果的話,將阻塞,直有結果返回為止。
二、async/await 結構
先解析一下專業名詞:
同步方法:一個程序調用某個方法,等到其執行完成之後才進行下一步操作。這也是默認的形式。
異步方法:一個程序調用某個方法,在處理完成之前就返回該方法。通過 async/await 我們就可以實現這種類型的方法。
async/await 結構可分成三部分:
(1)調用方法:該方法調用異步方法,然後在異步方法執行其任務的時候繼續執行;
(2)異步方法:該方法異步執行工作,然後立刻返回到調用方法;
(3)await 表達式:用於異步方法內部,指出需要異步執行的任務。一個異步方法可以包含多個 await 表達式(不存在 await 表達式的話 IDE 會發出警告)。
現在我們來分析一下示例。
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圖2-1
三、What’s 異步方法
異步方法:在執行完成前立即返回調用方法,在調用方法繼續執行的過程中完成任務。
語法分析:
(1)關鍵字:方法頭使用 async 修飾。
(2)要求:包含 N(N>0) 個 await 表達式(不存在 await 表達式的話 IDE 會發出警告),表示需要異步執行的任務。
(3)返回類型:只能返回 3 種類型(void、Task 和 Task<T>)。Task 和 Task<T> 標識返回的對象會在將來完成工作,表示調用方法和異步方法可以繼續執行。
(4)參數:數量不限,但不能使用 out 和 ref 關鍵字。
(5)命名約定:方法後綴名應以 Async 結尾。
(6)其它:匿名方法和 Lambda 表達式也可以作為異步對象;async 是一個上下文關鍵字;關鍵字 async 必須在返回類型前。
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圖3-1 異步方法的簡單結構圖
小結
1.解析了進程和線程的概念
2.異步的簡單用法
3.async/await 結構體
4.異步方法語法結構
本文首聯:http://www.cnblogs.com/liqingwen/p/5831951.html
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