.net 4.5如何使用Async和Await進(jìn)行異步編程

.NET反編譯工具(ILSpy)v5.0.1.5145 綠色中文版

• 類型：反編譯(譯逆工程)大�。�3.6M語言：中文 評分：10.0
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通過使用異步編程，可避免出現(xiàn)性能瓶頸，并提高應(yīng)用程序的整體響應(yīng)。然而，技術(shù)編寫異步應(yīng)用程序的傳統(tǒng)方法過于復(fù)雜，這使得異步程序難以編寫，調(diào)試和維護(hù)。

Visual Studio2012引入了一個簡單的開發(fā)方法，異步編程，我們可以充分利用.NET Framework 4.5 和 Windows Runtime中對異步的支持。這項復(fù)雜的工作將會交由編譯器來搞定，開發(fā)人員就像是在使用同步代碼來編寫應(yīng)用程序的邏輯結(jié)構(gòu)，但其結(jié)果是，得到了所有異 步編程的優(yōu)點(diǎn)，但只要付出一點(diǎn)點(diǎn)工作。

本主題簡要介紹何時以及如何使用異步編程，其中包括支持說明本主題的例子。由此下載VS2012.

異步提高響應(yīng)能力

異步性必不可少，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中有很多潛在的，可阻塞應(yīng)用程序響應(yīng)的情況，如當(dāng)你的應(yīng)用程序訪問網(wǎng)絡(luò)，文件系統(tǒng)等等。比如訪問Web資源，有時是緩慢的 或者是有延遲的。同步處理的話，如果有這樣的一個阻塞產(chǎn)生，那么整個應(yīng)用程序就必須等待。而在一個異步的過程中，應(yīng)用程序可以先繼續(xù)進(jìn)行其他不依賴于網(wǎng)絡(luò) 的工作，直到所有可能產(chǎn)生阻塞的任務(wù)完成后再處理這些任務(wù)。

下表顯示了典型的可以通過異步編程提高響應(yīng)的場景。列出的.NET Framework4.5和Windows Runtime的API包含支持異步編程的方法。

異步性已經(jīng)被證明對所有通過一個線程訪問UI，或是處理UI相關(guān)的活動的應(yīng)用都特別的有價值。如果在同步的應(yīng)用程序中任何一個處理過程被阻塞，那就意味著所有的東西都被阻塞了。你的應(yīng)用程將會停止響應(yīng)，更糟糕的是你可能會得出這樣的結(jié)論，這只是等待并不是失敗。

當(dāng)你使用異步方法，應(yīng)用程序?qū)⒗^續(xù)響應(yīng)的UI。您可以調(diào)整大小或最小化窗口，例如，當(dāng)你不想等下去的時候，你可以關(guān)閉該應(yīng)用程序。

現(xiàn)在這種基于異步的方法在你設(shè)計異步操作時，就像一組可以選擇的自動變速器，也就是說，你可以得到所有之前異步編程的好處，而不必像之前那樣苦逼（太讓人興奮了）。

異步方法現(xiàn)在很容易編寫

Async和Await關(guān)鍵字是C#異步編程的核心。通過使用這兩個關(guān)鍵字，你可以使用.NET Framework或Windows Runtime的資源創(chuàng)建一個異步方法如同你創(chuàng)建一個同步的方法一樣容易。通過使用async和await定義的異步方法，這里被稱為異步方法。

下面的例子顯示了一個異步方法。代碼中的幾乎所有的東西你看起來應(yīng)該非常熟悉。注釋中描述了你為實(shí)現(xiàn)異步操作添加什么功能。

 1 // 在簽名中三個要注意的事項: 
 2 //  - 該方法具有一個async修飾符.  
 3 //  - 返回類型為 Task or Task<t>. (參考 "返回類型" 一節(jié).)
 4 //    這里, 返回值是 Task<int> 因?yàn)榉祷氐氖且粋€整數(shù)類型. 
 5 //  - 這個方法的名稱以 "Async" 結(jié)尾.
 6 async Task<int> AccessTheWebAsync()
 7 { 
 8     // 你需要添加System.Net.Http的引用來聲明client
 9     HttpClient client = new HttpClient();
10 
11     // GetStringAsync 返回 Task<string>. 這意味著當(dāng)Task結(jié)束等待之后 
12     // 你將得到一個string (urlContents).
13     Task<string> getStringTask = client.GetStringAsync("http://msdn.microsoft.com");
14 
15     // 你可以做一些不依賴于 GetStringAsync 返回值的操作.
16     DoIndependentWork();
17 
18     // await 操作掛起了當(dāng)前方法AccessTheWebAsync. 
19     //  - AccessTheWebAsync 直到getStringTask完成后才會繼續(xù). 
20     //  - 同時, 控制權(quán)將返回 AccessTheWebAsync 的調(diào)用者. 
21     //  - 控制權(quán)會在getStringTask完成后歸還到AccessTheAsync.  
22     //  - await操作將取回getStringTask中返回的string結(jié)果. 
23     string urlContents = await getStringTask;
24 
25     // return語句用來指定一個整數(shù)結(jié)果。
26     // 調(diào)用AccessTheWebAsync將會收到一個返回值的長度. 
27     return urlContents.Length;
28 }

如果AccessTheWebAsync沒有什么不依賴于GetStringAsync的內(nèi)容，也可以直接調(diào)用如下代碼：

string urlContents = await client.GetStringAsync();

以下幾個特點(diǎn)總結(jié)了一下前面的例子中的異步方法。

方法中包含了 async 修飾符。

一個async方法按照慣例以“Async”結(jié)尾。

返回類型是如下類型之一：

Task<TResult> 當(dāng)你的方法有返回值時，TResult即返回值的類型

Task 當(dāng)你的方法沒有return語句，或者返回值并不參與任何形式的運(yùn)算（包括賦值操作）。

Void 當(dāng)你編寫一個異步事件處理時會用到

方法通常包括至少一個await的表達(dá)式，這意味著該方法在遇到await時不能繼續(xù)執(zhí)行，直到等待異步操作完成。在此期間，該方法將被暫停，并且控制權(quán)返回到該方法的調(diào)用者。本主題接下來的部分說明了懸掛點(diǎn)后會發(fā)生什么。

在異步方法中，我們使用這些已經(jīng)提供的關(guān)鍵字和類型來表達(dá)想要做什么的時候，編譯器并沒有閑著，他將處理包括跟蹤在暫停方法中控制權(quán)返回到 await點(diǎn)后將會如何處理。一些常規(guī)流程，如循環(huán)和異常處理，在之前的異步代碼中都比較難以處理。而現(xiàn)在都?xì)w結(jié)到了一個async方法中，你會感覺你在 寫一個同步的代碼，之前的那些困惑已經(jīng)不復(fù)存在了。

在異步方法中發(fā)生了什么

了解異步編程最重要的是理解控制權(quán)是如何在方法之間轉(zhuǎn)移的。下面的圖標(biāo)將會解釋這個過程。

圖中的數(shù)字對應(yīng)于下面的步驟。

1. 一個事件的處理函數(shù)用await的方式調(diào)用了異步方法 AccessTheWebAsync。

2. AccessTheWebAsync 創(chuàng)建了一個 HttpClient 實(shí)例，并調(diào)用了異步方法 GetStringAsync 來以下載一個頁面并將內(nèi)容以string的形式返回.

3. 在GetStringAsync中將會碰到一些讓進(jìn)程掛起的事情。也許它必須等待一個網(wǎng)站下載完成或其他一些阻塞性的動作，為了避免阻塞資源，GetStringAsync把控制權(quán)移交給了它的調(diào)用者AccessTheWEbAsync。

GetStringAsync返回Task<TResult>泛型，例子中的TResult是string類 型，AccessTheWebAsync將任務(wù)交給了getStringTask變量。這個任務(wù)代表了一個正在調(diào)用GetStringAsync的過程， 與一個承諾，當(dāng)工作完成時，最終將產(chǎn)生string返回值。

4. 由于getStringTask并沒有被（用await）等待著索取結(jié)果，so AccessTheWebAsync 可以繼續(xù)其他不依賴于GetStringAsync最終返回結(jié)果的其他任務(wù)。這些任務(wù)由一個同步方法DoIndenpendentWork代表。

5.DoIndenpendentWork是一個同步方法，將會以同步的方式執(zhí)行他的工作，并將返回值返回給調(diào)用者。

6. AccessTheWebAsync下一步是希望計算已經(jīng)下載下來的字符長度，但是如果沒有這個字符，這個希望也就破滅了。

因此，AccessTheWebAsync 使用了await關(guān)鍵字掛起了自己的線程，并將控制權(quán)移交到了AccessTheWebAsync的調(diào)用者。AccessTheWebAsync將會返回 一個Task<int>給調(diào)用函數(shù)。這個任務(wù)承諾會在結(jié)束是返回給調(diào)用者一個int型的返回值。

注意

如果GetStringAsync在AccessTheWebAsync 調(diào)用await之前就已經(jīng)完成了，那么控制權(quán)將依然在AccessTheWebAsync中。這種掛起和等待的操作也是很消耗資源的，如果返回值在 await之前就已經(jīng)得到了，AccessTheWebAsync沒必要非得在用等待的方法去得到最終的結(jié)果。

在調(diào)用方法（這里是一個event的處理函數(shù)）的內(nèi)部，處理過程是疊加的，event的處理函數(shù)將會等待AccessTheWebAsync，而 AccessTheWebAsync在等待GetStringAsync，與此同時，調(diào)用函數(shù)依然可以執(zhí)行不依賴于這些返回值的操作。

7. GetStringAsync計算并產(chǎn)生一個string結(jié)果。這個string結(jié)果可能不是按照你現(xiàn)在期望的方式直接返回給他的調(diào)用函數(shù)，相反，這個結(jié) 果保存在一個代表方法完成的任務(wù)中，getStringTask。await操作符將會從getStringTask中取回期望的結(jié)果。賦值語句將會把結(jié) 果交給urlContents。

8. 當(dāng)AccessTheWebAsync獲得了這個字符串結(jié)果，我們可以繼續(xù)計算這個字符串的長度了。這樣AccessTheWebAsync的工作也完成了，等待中的event處理函數(shù)也可以繼續(xù)了。

如果你剛剛接觸異步編程，那應(yīng)該花一分鐘來思考一下同步行為和異步行為的不同。同步方法在工作完成之后返回（步驟5），但是異步方法返回一個 task值在他工作被暫停的時候（步驟3，6）.當(dāng)異步方法完成了他的工作之后，task被標(biāo)記為complete，工作的結(jié)果也保存在task之中。

異步的API方法

你可能會想知道在哪里可以找到，如GetStringAsync，支持異步編程的API方法。.NET Framework 4.5包含許多使用await和async工作的成員方法。識別這些方法很簡單，方法名都是以”Async”結(jié)尾的并且返回類型都是Task或者 Task<TResult>。例如，System.IO.Stream類包含的方法，如CopyToAsync，ReadAsync，及 WriteAsync的對應(yīng)的同步方法是CopyTo，Read和Write。

線程

異步方法的目的是不阻塞操作。在async方法中, await任務(wù)在執(zhí)行的過程中，并不會阻塞當(dāng)前的線程，其余的方法可以繼續(xù)執(zhí)行，控制權(quán)將會移交到async方法的調(diào)用者。

async和await關(guān)鍵字并不會創(chuàng)建額外的線程，async方法不會去請求多線程操作。真正創(chuàng)建線程的操作是由Task.Run()實(shí)現(xiàn)的，一個async方法并不是在他自己的線程上執(zhí)行的，只有當(dāng)方法被激活時，才會使用當(dāng)前線程的上下文和處理時間。

async方法要比BackgroundWorker更實(shí)用，而且使用起來更簡單而且不用去過多的考慮競態(tài)沖突神馬的。async方法會將運(yùn)行中的代碼依據(jù)某些算法進(jìn)行合理的拆分，并傳遞給線程池，這也是BackgroundWorker不能比的。

Async和Await

如果需要使用async或者await指定一個異步方法，我們需要注意一下兩點(diǎn)：

用async標(biāo)記的異步方應(yīng)該使用await關(guān)鍵子來制定掛起點(diǎn)。await操作符會告訴編譯器，這個async方放在完成之前，后面的代碼無法繼續(xù)執(zhí)行，同時，控制權(quán)轉(zhuǎn)移到async方法的調(diào)用者。

標(biāo)記為async的方法，調(diào)用時應(yīng)使用await。

一個async方法里通常包含一個或多個的對應(yīng)的await操作符，但如果沒有await表達(dá)式也不會導(dǎo)致編譯錯誤。但如果調(diào)用一個async方 法，卻不使用await關(guān)鍵字來標(biāo)記一個掛起點(diǎn)的話，程序?qū)雎詀sync關(guān)鍵字并以同步的方式執(zhí)行。編譯器會對類似的問題發(fā)出警告。

async和await都是上下文關(guān)鍵字：更多的細(xì)節(jié)可以參考：

Async (Visual Basic)

async (C# Reference)

Await Operator (Visual Basic)

await (C# Reference)

返回類型和參數(shù)

在.NET Framework編程中，一個async方法通常返回的類型是Task或者Task<TResult>。在異步方法中，await操作符作用于從另外一個異步方法返回的Task。

如果指定Task<TResult>為返回結(jié)果，那么這個方法必須包含return指定的TResult結(jié)果的語句。

如果使用Task作為返回值，那么這個方法應(yīng)該不存在使用return語句返回結(jié)果的代碼，或者返回的結(jié)果不參與任何運(yùn)算（包括賦值操作）。

 1 // 明確指定 Task<tresult>
 2 async Task<int> TaskOfTResult_MethodAsync()
 3 {
 4     int hours;
 5     // . . .
 6     // return一個整數(shù)作為結(jié)果.
 7     return hours;
 8 }
 9 
10 // 調(diào)用 TaskOfTResult_MethodAsync
11 Task<int> returnedTaskTResult = TaskOfTResult_MethodAsync();
12 int intResult = await returnedTaskTResult;
13 // 或者使用一條語句
14 int intResult = await TaskOfTResult_MethodAsync();
15 
16 
17 // 明確指定 Task
18 async Task Task_MethodAsync()
19 {
20     // . . .
21     // 方法沒有任何return語句.  
22 }
23 
24 // 調(diào)用 Task_MethodAsync
25 Task returnedTask = Task_MethodAsync();
26 await returnedTask;
27 // 或者使用一條語句
28 await Task_MethodAsync();

每一個返回的task都代表一個正在執(zhí)行的工作，task包裝的信息中包含了這個異步方法的執(zhí)行時的狀態(tài)，最終的結(jié)果，或者處理過程中拋出的異常。

如果返回值為void，這種類型主要使用于定義事件處理。異步事件通常被認(rèn)為是一系列異步操作的開始。使用void返回類型不需要await，而且調(diào)用void異步方法的函數(shù)不會捕獲方法拋出的異常。

另外，async方法不能使用ref或者out參數(shù)，但是可以調(diào)用含有這些參數(shù)的方法。

命名約定

按照約定，你應(yīng)該在異步方法的名稱后面追加“Async”用以標(biāo)記此方法。但是在event，基類和接口中不需要遵守約定，就像本文例子中event處理函數(shù)Button1_Click一樣。

相關(guān)主題

一個完整的例子

 1 using System;
 2 using System.Collections.Generic;
 3 using System.Linq;
 4 using System.Text;
 5 using System.Threading.Tasks;
 6 using System.Windows;
 7 using System.Windows.Controls;
 8 using System.Windows.Data;
 9 using System.Windows.Documents;
10 using System.Windows.Input;
11 using System.Windows.Media;
12 using System.Windows.Media.Imaging;
13 using System.Windows.Navigation;
14 using System.Windows.Shapes;
15 
16  
17 using System.Net.Http;
18 
19 namespace AsyncFirstExample
20 {
21     public partial class MainWindow : Window
22     {
23         // 將event處理函數(shù)用async標(biāo)記，這樣就可以在處理函數(shù)中使用await實(shí)現(xiàn)異步操作. 
24         private async void StartButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
25         {
26             // 調(diào)用和await分離的方式. 
27             //Task<int> getLengthTask = AccessTheWebAsync(); 
28             //// 在這里做一些其他的工作. 
29             //int contentLength = await getLengthTask; 
30 
31             int contentLength = await AccessTheWebAsync();
32 
33             resultsTextBox.Text +=
34                 String.Format("\r\nLength of the downloaded string: {0}.\r\n", contentLength);
35         }
36 
37 
38            // 在簽名中三個要注意的事項: 
39     //  - 該方法具有一個async修飾符.  
40     //  - 返回類型為 Task or Task<t>. (參考 "返回類型" 一節(jié).)
41     //    這里, 返回值是 Task<int> 因?yàn)榉祷氐氖且粋€整數(shù)類型. 
42     //  - 這個方法的名稱以 "Async" 結(jié)尾.
43     async Task<int> AccessTheWebAsync()
44     { 
45             // 你需要添加System.Net.Http的引用來聲明client
46             HttpClient client = new HttpClient();
47 
48             // GetStringAsync 返回 Task<string>. 這意味著當(dāng)Task結(jié)束等待之后 
49             // 你將得到一個string (urlContents).
50             Task<string> getStringTask = client.GetStringAsync("http://msdn.microsoft.com");
51 
52             // 你可以做一些不依賴于 GetStringAsync 返回值的操作.
53             DoIndependentWork();
54 
55             // await 操作掛起了當(dāng)前方法AccessTheWebAsync. 
56             //  - AccessTheWebAsync 直到getStringTask完成后才會繼續(xù). 
57             //  - 同時, 控制權(quán)將返回 AccessTheWebAsync 的調(diào)用者. 
58             //  - 控制權(quán)會在getStringTask完成后歸還到AccessTheAsync.  
59             //  - await操作將取回getStringTask中返回的string結(jié)果. 
60             string urlContents = await getStringTask;
61 
62             // return語句用來指定一個整數(shù)結(jié)果。
63             // 調(diào)用AccessTheWebAsync將會收到一個返回值的長度. 
64             return urlContents.Length;
65     }
66 
67 
68         void DoIndependentWork()
69         {
70             resultsTextBox.Text += "Working . . . . . . .\r\n";
71         }
72     }
73 }
74 
75 // 運(yùn)行結(jié)果: 
76 
77 // Working . . . . . . . 
78 
79 // Length of the downloaded string: 41564.