await和async更多的理解

最近有不少网友提起await和async，呵呵，C# 5引进的语法糖。

这个语法糖还真不好吃，能绕倒一堆初学的朋友，在网上也有很多网友关于这块知识点的争论，有对有错，今天在这里把这个误区好好讲讲。

在await（C# 参考）这样写道：

“await 运算符应用于异步方法中的任务，在方法的执行中插入挂起点，直到所等待的任务完成。 任务表示正在进行的工作。”

不要小看这两句话，内容里暗指的意思还真不少。

1）await 运算符针对于异步方法

2）await 插入挂起点

3）await 等待任务完成

4）任务表式正在进行的工作

带着上面四点，我们暂时停下，因为提到await不禁要联想到一个好基友aysnc

在await（C# 参考）这样写道：

"await 仅可用于由 async 关键字修改的异步方法中"

到这里，我们对上面的四个关键点，提出疑问。

await 运算符针对于异步方法，那如果我们在异步方法里添加入同步方法会怎么样？

  private static async Task<TResult> XAsync()
  {
           
     X(); //X()同步方法
        
     return await XXAsync(); //XXAsync()异步方法
  }

然后在mainTest主线程里调用这个XAsync()方法

static void Main(string[] args)
{
   XAsync();
   
   OtherMethod();
}

在main方法里，网上有网友博客说道：

1）XAsync在主线程里不会被调用，直到 awiat XAsync 才会被成功调用。就像linq to sql表达式一像，首先是var results=array.select().where();语句一样，他们只是组装，
并不会执行，要等到foreach(var result in results){ ...}迭代时或者.toList()再真正的查询。

2）XAsync在主线程里会被调用，并不阻止主线程，主线程将继续执行下面的程序！原因是我们写这个方法时候，vs会给我们警告，有图为据

到底是谁正确呢？

呵呵，其实这里两种说法都不正确。

首先，XAsync()在主线程里，直接调用，肯定执行，VS此时也瞎胡闹，警告我们说，“不等待此方法”，这是有个大大的前提！那就是这个方法体内，必须是异步的！

可能说到此不好理解。

在XAsync()方法里，上面有一段同步方法X(),此时它是运行在主线程上的同步方法，会阻止主线程，在X()运行完全后，在运行至 return await XXAsync()时，才把主线程调用权交还给调用的方法

在此过程里，并不会产生新的线程，全部运行在主线程上。

呵呵，越说越迷糊了。。。

await和async 讲白了点，他们并不会真正意义上的去产生新的线程，我们都知道，产生线程可以用Task类或Thread类。
那么async 标注的方法到底是什么呢？微软给我们的一句单简的话,"await 仅可用于由 async 关键字修改的异步方法中"

这就说明，async是为了await起到一种“配合”作用。而是说async修饰的方法都是异步的，那也太相当然了。

在同步方法里，执行具有async修饰的方法，按同步方法来执行。也就是说X()是运行在主线程上的方法。

至于X()方法体内至于执行同步还是异步，决定权由方法体内的方法是否据有异步功能！

就像我们上面一样，XAsync()方法体内的X()就同步，那么X()执行的依然是同步方法一样，而不是运行另外一线程上。

那么问题来了，那我们都直接X()方法多好，await还有何用，或者await 为何不直接调用下X()方法呢？。。。

于是我们继续看下一句XXAsync()方法，我们既然用了await 语法，为什么他可以用？我可以把他去了await吗？

当然是肯定的，就像这样：

private static async Task<TResult> XAsync()
  {
           
     X(); //X()同步方法0
        
     XXAsync();//"异步方法1"

     return await XXXAsync(); //XXAsync()异步方法2
  }

XXAsync() 此时是如何运行的呢？同步还是异步？问题又返回来了，至于同步还是异步，不是这个方法“名词”决定的，而是这个方法体内是如何执行的

如：

 private static async Task XXAsync()
  {  
     X();  
  }

此时像上面调用的方式，XXAsync（）就是我们平时的同步方法嘛！

但是改下：

private static async Task XXAsync()
  {  
     Task.Run(() =>{
             X();   
      });
  }

依据用相同的方法调用XXAsync它，这个时候，真正的运行在另外“任务上”了哦，会运行在其它线程！

写到这里，我们并没有和await有关哦。

那么在XXAsync()方法前加await到底有何不同？

这里首先要澄清的是：加不加 await 与 XXAsync()是异步还是同步的并没有关系！

await 真正的目的只有一个 在调用异步方法 XXAsync() 时挂起此方法，它认为这个方法是比较耗时的方法，主线程或调用此方法的线程不要在此方法等待。

并同时作个标记，当前执行的线程运行结束时，将由此处恢复运行，所以在await 标记的异步方法下面的代码或方法将不能运行，必须等待这个方法完成！

如：

private static async Task XAsync()
  {
           
     await  XXAsync();

     OtherMothod(); 

  }

在运行至 await XXAsync()时，调用方法XAsync()者将不再运行，直接返回，就像我们程序代码中的return语句。这样做的好处是,调用线程，不将等待此耗时线程。直接让调用线程往下运行，

如果调用线程向上一直存在await 链，就像方法套方法里有return一样，会逐层向上返回，一直返回到主线程。

而每个“子线程”去等待耗时的I/O处理，比如 操作数据库和网络流任何，这里特别强调I/O处理，试想下,我们的程序要查询一个数据库，可能要有点时间，此时查询命令可能已运行在了sql数据库里，

如果数据库在远程另外一台机器上呢？我们的"子线程或者任务“只是等待，而此时的主线程可能已完成。

如何理解主线程已完成呢？Asp.net Mvc 的机制就在这里，我们都知道，IIS里的线程池是有限的，每次的Client端请求，都会到线程池里取一个空闲的线程，如果主线程一直在”占用“线程池，

很快线程池就会被利用完啦。此时我们平时说的”吞吐量“的高低就是与此息息相关！当线程池被请求完后，再次有新的Client端请求，要会等待线程池的释放。

而mvc 就引用了控制器里异步方法的机制，原理就是让耗时的线程，直接返回，交给主线程，从而主线程会第一时间释放线程池的占用，而耗时的子线程完成时，将会在await标记从继续运行，

由此可以看出Mvc的异步将大大提高了应用程序的”吞吐量“。

至于具体的mvc异步编程机制与原理，网上一大把，也可以看看mvc的源代码，这里只简单的说下，本文的主旨await标记给异步带来的作用。



话题转回来：

那么我们何时在调用异步方法用await 作”标记“呢？

看看microsoft的经典例子

// Three things to note in the signature:  
//  - The method has an async modifier.   
//  - The return type is Task or Task<T>. (See "Return Types" section.)  
//    Here, it is Task<int> because the return statement returns an integer.  
//  - The method name ends in "Async."  
async Task<int> AccessTheWebAsync()  
{   
    // You need to add a reference to System.Net.Http to declare client.  
    HttpClient client = new HttpClient();  

    // GetStringAsync returns a Task<string>. That means that when you await the  
    // task you'll get a string (urlContents).  
    Task<string> getStringTask = client.GetStringAsync("http://msdn.microsoft.com");  1)

    // You can do work here that doesn't rely on the string from GetStringAsync.  
    DoIndependentWork();  2)

    // The await operator suspends AccessTheWebAsync.  
    //  - AccessTheWebAsync can't continue until getStringTask is complete.  
    //  - Meanwhile, control returns to the caller of AccessTheWebAsync.  
    //  - Control resumes here when getStringTask is complete.   
    //  - The await operator then retrieves the string result from getStringTask.  
    string urlContents = await getStringTask;  3)

    // The return statement specifies an integer result.  
    // Any methods that are awaiting AccessTheWebAsync retrieve the length value.  
    return urlContents.Length;  
}  

对上面的例子做了1）、2）、3）红色标记，

在1）处定义了一个网络流操作，认为此方法可能会耗时，如果在此处，添加一个await client.GetStringAsync("http://msdn.microsoft.com")

对程序来说，这是一个异步操作，开辟了一个新线程，同时程序在此处返回给被调线程或UI，等网络流返回结束时继续在运换醒被调线程或主线程，并由于继续往下运行其它方法。

对于像这样的网站，一级一级的向上await 不会造成任何的吞吐量或响应速度的降低，可是新的问题来了，接下来2）处

DoIndependentWork（）方法必须等到1）完成才能继续运行，“跳出来站在更高点看下”，这不相当于”同步“了吗？按顺序一步一步来的，子线程关没有给我们太多的优势。

是的，确实如此。

我们知道，让“子线程或任务”干事情，主线程继续他的活儿才对的，所以在1）处，不应该用await,让”线程或任务再跑一会“。

由于我们没有加await,于是主线程或调用线程与调用网络流的子线程”一块运行“了。

当程序运行至3）时，1）标记处的任务可能已经完成或者快要完成，此时用了await目的只有一个，下面的一句话 urlContents.Length 要用到异步结果，必须待等结束，并同时向调用线程或主线程返回标记，

以使调用者最快的响应，而不是等待以至于阻塞。

回过头来看下：我们即要多线程或多任务执行我们的程序，让耗时的任务得到执行，同时又要给调用者快速响应，不管他有没有完成任务! 这才是真正的目的。

再想想我们前面说的，DoIndependentWork()调用，加不加await，方法肯定是执行的，同时与该方法异步还是同步也没有关系，只是要不要做”标记“而已

至于加不加标记，就是上面我们解释的理由，忘了，回过头来看看吧

再来看看下面的问题：

如果一个方法里存在多个await,会如何执行呢？

我们可以按照上面的猜想下,await某些时候功能很像return,多个await,相必，第一个awiat会返回，并作标记，后面的任何代码都要等待 如:

private static async TaskXAsync()
  {
           
    await  XXAsync();

    await  XXXAsync(); 
  }

事实情况确实如此，XXXAsync()必须等待XXAsync()方法执行结束！此时不会影响调用者的响应速度，但会影响我们代码的执行效率，这点和两个共步方法稍有区别 

如

private static async TaskXAsync()
  {
           
    XX();

    XXX(); 
  }

像上面的例子XX()和XXX()两同步方法，不仅按顺序执行，而且调用者也无法拿回调用权，也就是无法及时响应，必须待两个方法都结束为止。

”偷偷的想下“，我想在XX(),XXX()方法前加一个await 不就行了吗？

回过头来想想，上面说过："await 仅可用于由 async 关键字修改的异步方法中"

实际上我们在VS加上那么await会报错，编译不过！   希望破灭。。。此时已经看出被async修饰的目的。因为XX()和XXX()并没被修饰。

那好了，我们就强制在同步方法上用async ！

XX()
{
    code here...
}

实际上当我们强制在XX（）方法上加上Async时VS已经提示如下：

很显然，同步方法，想提高调用者的响应速度是不可能仅仅靠async 就能完成的！根本原因就是调用者与执行方法在同一个线程上。

 再回过头来继续我们上面的例子

private static async TaskXAsync()
  {
           
    await  XXAsync();

    await  XXXAsync(); 
  }

上面已清楚，这两个仅仅按顺序执行，并不能并行执行，势必影响执行效率，那么如何才能让他们并行执行呢？

microsoft有专门的方法 Task.WhenAll(Tasks) 我们可以看看microsoft的例子 如：

await SumPageSizesAsync();

 private async Task SumPageSizesAsync()
        {
            // Make a list of web addresses.
            List<string> urlList = SetUpURLList();


            // Declare an HttpClient object and increase the buffer size. The
            // default buffer size is 65,536.
            HttpClient client = new HttpClient() { MaxResponseContentBufferSize = 1000000 };

            // Create a query.
            IEnumerable<Task<int>> downloadTasksQuery = 
                from url in urlList select ProcessURL(url, client);

            // Use ToArray to execute the query and start the download tasks.
            Task<int>[] downloadTasks = downloadTasksQuery.ToArray();

            // You can do other work here before awaiting.

            // Await the completion of all the running tasks.
            int[] lengths = await Task.WhenAll(downloadTasks);

            //// The previous line is equivalent to the following two statements.
            //Task<int[]> whenAllTask = Task.WhenAll(downloadTasks);
            //int[] lengths = await whenAllTask;

            int total = lengths.Sum();

            //var total = 0;
            //foreach (var url in urlList)
            //{
            //    // GetByteArrayAsync returns a Task<T>. At completion, the task
            //    // produces a byte array.
            //    byte[] urlContent = await client.GetByteArrayAsync(url);

            //    // The previous line abbreviates the following two assignment
            //    // statements.
            //    Task<byte[]> getContentTask = client.GetByteArrayAsync(url);
            //    byte[] urlContent = await getContentTask;

            //    DisplayResults(url, urlContent);

            //    // Update the total.
            //    total += urlContent.Length;
            //}

            // Display the total count for all of the web addresses.
            resultsTextBox.Text +=
                string.Format("

Total bytes returned:  {0}
", total);
        }

// The actions from the foreach loop are moved to this async method.
        async Task<int> ProcessURL(string url, HttpClient client)
        {
            byte[] byteArray = await client.GetByteArrayAsync(url);
            DisplayResults(url, byteArray);
            return byteArray.Length;
        }

  private List<string> SetUpURLList()
        {
            List<string> urls = new List<string> 
            { 
                "http://msdn.microsoft.com",
                "http://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh290136.aspx",
                "http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ee256749.aspx",
                "http://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh290138.aspx",
                "http://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh290140.aspx",
                "http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd470362.aspx",
                "http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa578028.aspx",
                "http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms404677.aspx",
                "http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ff730837.aspx"
            };
            return urls;
        }

上面的例子很简单了，组合任务Tasks,传给 await Task.WhenAll(Tasks) 这样，多个await 就并行得到了执行。

从上面的例子，我们看得出，每个嵌套的方法里，都是层层向上await，这就是await链，不仅要作标记在子线程完成时，在此处”唤醒“同时达到快速响应调用线程，逐层向上返回，结果只有一个，最终让最外层的调用者及时响应，而不用等待，就像MVC原理一样，提高“吞吐量”。

但是中间有一个方法，没向上await，被调用者依然是按照执行的方式决定是同步还是异步。被调者，要是有返回值的，调用者，是没办法获取到返回值的，因为，我们并没办法知道，此方法是否已完成，所以，可能在以后的某段代码中依然要用await 调用。

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通过最近两天的朋友回复，这篇文章确实没有让读者们仔细理解，可能是因为描述的太多，大家没有抓住中心点，下面，为了清楚的让读者理解，用一个示例流程图来说明

大家都知道，点击事件，可能涉及到I/O耗时的方法， 如果，我们直接用同步方法调用，可能点击事件要等许久才能反应，在此之中，我们的事件是“假死”状态

为什么会“假死”这个要好好想一想，一个UI主线程在忙着！其它的事件又是走UI主线程，肯定让你等等！

这个时候，就有一个异步的解决思路，主线程UI遇到耗时的方法，寻找另外一个线程帮忙，主线程得以继续往下运行，主线程往下运行结束了，可能那个代忙的子线程还没有结束，

主线程不能等子线程，因为如果要继续等待，此时如果要给主线程事件，那么，主线程得不到及时响应，因此，主线程要快速的通知系统，我完成了，可以继续干其它事件。

但是问题来了，在某个时候，以前的子线程忙完了，他要把忙完的工作结果交给以前的主线程，就得唤醒以前的“主线程”。



下面通过实例来分析。

线路1：调用同步方法DoWorkSync,这里DoWorkSync 在不在主线程上执行（是不是异步方法），要进入到DoWorkSync方法体内检查代码才知道，于是进入到方法体内，仅仅有同步方法  
textBox2.Text = "sysnc method"，所以这里，主线程要同步完成此代码段，在DoWorkSync同步代码完成后，进入到线路2

线路2：代码运行至 await DoWorkAsync()，系统开始检查DoWorkAsync方法片断，await 标记只有在运行至异步的代码段才会打标记成功，假如

DoWorkAsync里面有同步代码，系统会先把同步代码执行完，巧合的是，里面确实有一个同步的代码片段

private async Task<string> DoWorkAsync()
        {

            DoWorkSync();

            return await Task.Run(() => { return "Done with work!"; });
        }

线路3：此时必须把同步方法DoWorkSync方法执行完为止，这期间都是运行在主线程上的。

线路4：当运行至Task.Run(() => { return "Done with work!"; });时，系统认为，此代码片段开启了子线程，假如说 “Done with work!”是相当耗时的任务，并同时返回结果，

主线程应该把在此处作一个标记，以后这个子线程完成时，将由此继续执行以后的代码。此时是直接return了，并没有下面的代码，读者可以在此后继续写入其它方法。

既然都return了，为啥还要用await呢？此时的await就比较聪明了，他执行的是挂起此行代码，明确的告诉调用主线程不用等待，并马上返回主线程。

这儿要着重得说下，为什么能够不用等待，因为这行代码Task.Run()是开启了子线程，也就是说，把任务交给了子线程，所以主线程才得以自己解脱出来，主线程要管的是子线程完成后，要提醒。当然也可以不提醒。

主要看主线程要不要子线程的结果了。如何提醒？await作了一个标记，以后就从这儿提醒。

线路4：此时await 相当于我们常用的“return”，通过await链路向上返回，就是我们看到的线程4

线路5：当返回到button_click方法体内时，检查 DoWorkAsync()片段已检查过了，里面确实有异步方法，委托到了子线程，于是awiat 要在button处作个标记，以后这里可能会有子线程返回结果给到此处，

如果不要DoworkAsync()子线程的结果，直接不用加await,那么，可以继续执行下面的同步方法DoWorkSync()，而我们这里加了，说明，我们对于这里的子线程结果“很重视”，必须要拿到，才能继续下面的其它方法。

此时有读者会说，在此处等结果，不就阻碍了下面的代码运行了吗？会不会阻碍主线程？首先await 会阻止了下面的同步代码运行，但不会影响主线的响应，因为awiat 对button_click说明了，这个方法是耗时的，

不用等待，于是buttom_click 才会继续向上返回await链，进入线路5，线路5，会对上层系统说，buttom_click 事件“暂时”已完成，可以让系统干其它事了。

线路6：当Task.Run(() => { return "Done with work!"; });子任务完成了，它他要通知“以前的主线程”，系统会分配“以前的主线程”于是进入了线路7

线路7：很简单，直接在button_click 里的await处 得以唤醒，继续执行以下的代码，此时可以拿到子线程的结果。

线路8：继续执行同步方法

线路9：全部方法运行结束后，通知系统，所有任务完成。

希望读者通过这个实例流图有个理性的认识await。


小结：await与async并不能决定方法是同步还是异步，而真正执行异步的还是靠Task、异步委托或其它方式，await的主要作用是，
挂机耗时异步方法，把控制权及时的交给调用者，并在被调用者完成任务时，能够在此唤醒，并继续执行其它方法。
本节的内容，部分例子只起到说明作用，来原于实践的验证，由于时间仓促，并没有提供完整的案例。
同时本节内容主要用简单的语言来加以说明，希望能给读者阐明原理，如果读者希望更清楚的知道await和async，可以查看源代码


如果对于异步的更多了解请参考:

大话异步与并行（一）

大话异步与并行（二）

大话异步与并行（三）

本文部分实例参考 

await（C# 参考） https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/keywords/await

使用 Async 和 Await 的异步编程 (C#)  https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/async/index

Task.WhenAll 方法 (IEnumerable<Task>)  https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/windows/apps/hh160384(v=vs.110)

 

作者：谷歌's（谷歌's博客园）
出处：http://www.cnblogs.com/laogu2/ 欢迎转载，但任何转载必须保留完整文章，在显要地方显示署名以及原文链接。如您有任何疑问或者授权方面的协商，请给我留言。