在 C# 中使用 async、await、Task 进行异步编程

小咪咪 2023-10-01 20:14 13阅读 0赞

C\# 和 .NET Framework（4.5 和核心）支持使用一些本机函数、类和保留关键字的异步编程。

在我们了解什么是异步编程之前，让我们通过下面的控制台示例来了解什么是同步编程。

示例：异步程序

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static void Main(string[] args)
    {
        LongProcess();
                
        ShortProcess();
    }
    
    static void LongProcess()
    {
        Console.WriteLine("LongProcess Started");
    
        //some code that takes long execution time 
        System.Threading.Thread.Sleep(4000); // hold execution for 4 seconds
    
        Console.WriteLine("LongProcess Completed");
    }
    
    static void ShortProcess() {
        Console.WriteLine("ShortProcess Started");
                
        //do something here
                
        Console.WriteLine("ShortProcess Completed");    
    }

[试试吧][Link 1]

输出：

LongProcess Started
    LongProcess Completed
    ShortProcess Started
    ShortProcess Completed

在上面的示例中，该`LongProcess()`方法是一些长时间运行的任务，例如从服务器读取文件、调用返回大量数据的 Web API 或上传或下载大文件。执行需要更长的时间（`Thread.Sleep(4000)`保持 4 秒只是为了显示较长的执行时间）。这`ShortProcess()`是一个在方法之后执行的简单`LongProcess()`方法。

上述程序同步执行。这意味着执行从`Main()`方法开始，首先执行`LongProcess()`方法，然后执行`ShortProcess()`方法。在执行期间，应用程序被阻塞并变得无响应（您主要可以在基于 Windows 的应用程序中看到这一点）。这称为同步编程，在当前行完全执行之前，执行不会转到下一行。

### 什么是异步编程？ ###

在异步编程中，代码在线程中执行，而无需等待 I/O 绑定或长时间运行的任务完成。例如，在异步编程模型中，`LongProcess()`方法会在与线程池不同的线程中执行，主应用线程会继续执行下一条语句。

Microsoft 建议使用[基于任务的异步模式在 .NET Framework 或 .NET Core 应用程序中使用][.NET Framework _ .NET Core][async][]、[await][]关键字和[Task][]或[Task<TResult>][Task_TResult]类 来实现异步编程。

`async`现在让我们使用关键字 以异步模式重写上面的示例。

示例：异步程序

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static async Task Main(string[] args)
    {
        LongProcess();
    
        ShortProcess();
    }
    
    static async void LongProcess()
    {
        Console.WriteLine("LongProcess Started");
    
        await Task.Delay(4000); // hold execution for 4 seconds
    
        Console.WriteLine("LongProcess Completed");
    
    }
    
    static void ShortProcess() {
        Console.WriteLine("ShortProcess Started");
                
        //do something here
                
        Console.WriteLine("ShortProcess Completed");    
    }

[试试吧][Link 2]

输出：

LongProcess Started
    ShortProcess Started
    ShortProcess Completed
    LongProcess Completed

在上面的例子中，`Main()`方法是用`async`关键字标记的，返回类型是`Task`. 关键字将该`async`方法标记为异步。注意方法链中的所有方法都必须是`async`为了实现异步编程。所以，`Main()`方法一定`async`要让子方法异步。

该`LongProcess()`方法还标有`async`使其异步的关键字。`await Task.Delay(4000);`保持线程执行 4 秒 。

`async Main()`现在，程序从主应用程序线程中 的方法开始执行。该`async LongProcess()`方法在单独的线程中执行，主应用程序线程继续执行调用`ShortProcess()`方法的下一条语句并且不等待`LongProcess()`完成。

### 异步、等待和任务 ###

如果方法将值返回给调用代码，则与和`async`一起使用 。我们只使用了上面程序中的关键字来演示简单的异步 void 方法。 `await``Task``async``async`

`await`关键字等待该 方法`async`，直到它返回一个值。所以主应用程序线程停在那里，直到它收到一个返回值。

[Task][]类表示异步操作， Task [<TResult>][Task_TResult]泛型类表示可以返回值的操作。在上面的示例中，我们使用`await Task.Delay(4000)`了已启动`async`的操作，该操作会休眠 4 秒，并且 await 会持有一个线程直到 4 秒。

下面演示了`async`返回值的方法。

示例：异步方法返回值

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static async Task Main(string[] args)
    {
        Task<int> result = LongProcess();
    
        ShortProcess();
    
        var val = await result; // wait untile get the return value
    
        Console.WriteLine("Result: {0}", val);
    
        Console.ReadKey();
    }
    
    static async Task<int> LongProcess()
    {
        Console.WriteLine("LongProcess Started");
    
        await Task.Delay(4000); // hold execution for 4 seconds
    
        Console.WriteLine("LongProcess Completed");
    
        return 10;
    }
    
    static void ShortProcess()
    {
        Console.WriteLine("ShortProcess Started");
    
        //do something here
    
        Console.WriteLine("ShortProcess Completed");
    }

[试试吧][Link 3]

输出：

LongProcess Started
    ShortProcess Started
    ShortProcess Completed
    LongProcess Completed
    Result: 10

在上面的例子中，在静态`async Task<int> LongProcess()`方法中，`Task<int>`用于表示返回值类型为int。`int val = await result;`将在那里停止主线程，直到它在结果中填充返回值。一旦获得`result`变量中的值，它就会自动将一个整数分配给`val`.

`async`方法应该返回`void`, `Task`, 或 `Task<TResult>`, 其中`TResult`是方法的返回 类型`async`。返回`void`通常用于事件处理程序。该`async`关键字允许我们在方法中使用 await 关键字，以便我们可以等待异步方法完成以用于其他依赖于返回值的方法。

如果您有多个`async`返回值的方法，那么您可以`await`在要在进一步步骤中使用返回值之前使用所有方法。

示例：异步方法

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static async Task Main(string[] args)
    {
        Task<int> result1 = LongProcess1();
        Task<int> result2 = LongProcess2();
        
        //do something here
        Console.WriteLine("After two long processes.");
    
        int val = await result1; // wait untile get the return value
        DisplayResult(val);
    
        val = await result2; // wait untile get the return value
        DisplayResult(val);
    
        Console.ReadKey();
    }
    
    static async Task<int> LongProcess1()
    {
        Console.WriteLine("LongProcess 1 Started");
    
        await Task.Delay(4000); // hold execution for 4 seconds
    
        Console.WriteLine("LongProcess 1 Completed");
    
        return 10;
    }
    
    static async Task<int> LongProcess2()
    {
        Console.WriteLine("LongProcess 2 Started");
    
        await Task.Delay(4000); // hold execution for 4 seconds
    
        Console.WriteLine("LongProcess 2 Completed");
    
        return 20;
    }
    
    static void DisplayResult(int val)
    {
        Console.WriteLine(val);
    }

[试试吧][Link 4]

输出：

LongProcess 1 Started
    LongProcess 2 Started
    After two long processes.
    LongProcess 2 Completed
    LongProcess 1 Completed
    10
    20

在上面的程序中，我们在需要将返回值传递给另一个方法之前执行了 await result1 和 await result2。

因此，您可以使用`async`C\# 在 .NET Framework 或 .NET Core 中使用 、 await 和 Task 实现异步编程。

[Link 1]: https://www.tutorialsteacher.com/codeeditor?cid=cs-lUzYwK
[.NET Framework _ .NET Core]: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/async/task-asynchronous-programming-model
[async]: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/keywords/async
[await]: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/keywords/await
[Task]: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.tasks.task
[Task_TResult]: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.tasks.task-1
[Link 2]: https://www.tutorialsteacher.com/codeeditor?cid=cs-81Z6Wz
[Link 3]: https://www.tutorialsteacher.com/codeeditor?cid=cs-XBqg0V
[Link 4]: https://www.tutorialsteacher.com/codeeditor?cid=cs-nJsn0E