C#基础系列——异步编程初探：async和await

前言：前面有篇从应用层面上面介绍了下多线程的几种用法，有博友就说到了async, await等新语法。确实，没有异步的多线程是单调的、乏味的，async和await是出现在C#5.0之后，它的出现给了异步并行变成带来了很大的方便。异步编程涉及到的东西还是比较多，本篇还是先介绍下async和await的原理及简单实现。

C#基础系列目录：

• C#基础系列——Linq to Xml读写xml
• C#基础系列——扩展方法的使用
• C#基础系列——序列化效率比拼
• C#基础系列——反射笔记
• C#基础系列——Attribute特性使用
• C#基础系列——小话泛型
• C#基础系列——多线程的常见用法详解
• C#基础系列——委托和设计模式（一）
• C#基础系列——委托和设计模式（二）
• C#基础系列——再也不用担心面试官问我“事件”了

之前的那篇 C#基础系列——多线程的常见用法详解 就讲到了多线程new Thread()的方式对于有返回值类型的委托是没有解决方案的，如果需要返回值，必须要依靠异步的方式。了解异步之前，我们先来看看Thread对象的升级版本Task对象：

1、Task对象的前世今生：Task对象是.Net Framework 4.0之后出现的异步编程的一个重要对象。在一定程度上来说，Task对象可以理解Thread对象的一个升级产品。既然是升级产品，那它肯定有他的优势，比如我们上面Thread对象不能解决的问题：对于有返回值类型的委托。Task对象就能简单的解决。

　　　　 static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("执行GetReturnResult方法前的时间：" + DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
            var strRes = Task.Run<string>(() => { return GetReturnResult(); });//启动Task执行方法
            Console.WriteLine("执行GetReturnResult方法后的时间：" + DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
            Console.WriteLine(strRes.Result);//得到方法的返回值
            Console.WriteLine("得到结果后的时间：" + DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));

            Console.ReadLine();
        }

        static string GetReturnResult()
        {
            Thread.Sleep(2000);
            return "我是返回值";
        }

先来看结果：

从结果分析可知在执行var strRes = Task.Run<string>(() => { return GetReturnResult(); })这一句后，主线程并没有阻塞去执行GetReturnResult()方法，而是开启了另一个线程去执行GetReturnResult()方法。直到执行strRes.Result这一句的时候主线程才会等待GetReturnResult()方法执行完毕。为什么说是开启了另一个线程，我们通过线程ID可以看得更清楚：

　　　　 static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("执行GetReturnResult方法前的时间：" + DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
            var strRes = Task.Run<string>(() => { return GetReturnResult(); });
            Console.WriteLine("执行GetReturnResult方法后的时间：" + DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
            Console.WriteLine("我是主线程，线程ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(strRes.Result);
            Console.WriteLine("得到结果后的时间：" + DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));

            Console.ReadLine();
        }

        static string GetReturnResult()
        {
            Console.WriteLine("我是GetReturnResult里面的线程，线程ID：" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Thread.Sleep(2000);
            return "我是返回值";
        }

结果：

由此可以得知，Task.Run<string>(()=>{}).Reslut是阻塞主线程的，因为主线程要得到返回值，必须要等方法执行完成。

Task对象的用法如下：

            //用法一
            Task task1 = new Task(new Action(MyAction));
        　　//用法二
            Task task2 = new Task(delegate
            {
                MyAction();
            });
　　　　　　  //用法三
            Task task3 = new Task(() => MyAction());
            Task task4 = new Task(() =>
            {
                MyAction();
            });

            task1.Start();
            task2.Start();
            task3.Start();
            task4.Start();

由上可知，Task对象的构造函数传入的是一个委托，既然能传入Action类型的委托，可想而知Action的16中类型的参数又可以派上用场了。于是乎Task对象参数的传递就不用多说了吧。详见 C#基础系列——委托和设计模式（一）里面Action委托的用法。

2、初识 async & await。

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("我是主线程，线程ID：{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            TestAsync();
            Console.ReadLine();
        }

        static async Task TestAsync()
        {
            Console.WriteLine("调用GetReturnResult()之前，线程ID：{0}。当前时间：{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
            var name = GetReturnResult();
            Console.WriteLine("调用GetReturnResult()之后，线程ID：{0}。当前时间：{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
            Console.WriteLine("得到GetReturnResult()方法的结果：{0}。当前时间：{1}", await name, DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
        }

        static async Task<string> GetReturnResult()
        {
            Console.WriteLine("执行Task.Run之前, 线程ID：{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            return await Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep(3000);
                Console.WriteLine("GetReturnResult()方法里面线程ID: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                return "我是返回值";
            });
        }

结果：

我们来看看程序的执行过程：

由上面的结果可以得到如下结论：

（1）在async标识的方法体里面，如果没有await关键字的出现，那么这种方法和调用普通的方法没什么区别。

（2）在async标识的方法体里面，在await关键字出现之前，还是主线程顺序调用的，直到await关键字的出现才会出现线程阻塞。

（3）await关键字可以理解为等待方法执行完毕，除了可以标记有async关键字的方法外，还能标记Task对象，表示等待该线程执行完毕。所以await关键字并不是针对于async的方法，而是针对async方法所返回给我们的Task。

（4）是否async关键字只能标识返回Task对象的方法呢。我们来试试：

异步方法的返回类型必须为void、Task或者Task<T>类型。也就是说async要么是void，要么和Task关联。

3、除了await关键字，Task对象还有另外一种方式等待执行结果。　　

　　　　 static async Task TestAsync()
        {
            Console.WriteLine("调用GetReturnResult()之前，线程ID：{0}。当前时间：{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
            var name = GetReturnResult();
            Console.WriteLine("调用GetReturnResult()之后，线程ID：{0}。当前时间：{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
            Console.WriteLine("得到GetReturnResult()方法的结果：{0}。当前时间：{1}", name.GetAwaiter().GetResult(), DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd hh:MM:ss"));
        }

这样可以得到相同的结果。

name.GetAwaiter()这个方法得到的是一个TaskAwaiter对象，这个对象表示等待完成的异步任务的对象，并提供结果的参数。所以除了能完成await关键字的等待之外，它还能做一些其他的操作。我们将TaskAwaiter转到定义

public struct TaskAwaiter<TResult> : ICriticalNotifyCompletion, INotifyCompletion
    {
        public bool IsCompleted { get; }
        public TResult GetResult();
        public void OnCompleted(Action continuation);
        public void UnsafeOnCompleted(Action continuation);
　　 }    

IsCompleted：获取一个值，该值指示异步任务是否已完成。

GetResult()：得到执行的结果。这个方法和await关键字效果相同。

OnCompleted()：传入一个委托，在任务执行完成之后执行。

UnsafeOnCompleted()：计划与此 awaiter 相关异步任务的延续操作。

由此可以看出，await关键字实际上就是调用了TaskAwaiter对象的GetResult()方法。