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异步编程

概念

异步编程核心为异步操作,该操作一旦启动将在一段时间内完成。所谓异步,关键是实现了两点:(1)正在执行的此操作,不会阻塞原来的线程(2)一旦启动的此操作,可以继续执行其他任务。当该操作完成时,将调用回调函数来通知该操作已经结束。

【注】:本人一直以为同步和异步都属于多线程的范畴,到今天才明白完全错误,异步和多线程是属于不同范畴,多线程和异步是并发的两种形式,并行处理和线程同步是多线程的两种形式,这是我当前的理解,不知是否有误,文中若有错误,请园友拍砖并指正,初次学习难免有误,望海涵!

那么问题来了,为什么说异步编程高效呢?首先得了解"IO操作的DMA(Direct Memory Access)模式"即直接内存访问,是一种不经过CPU而直接经过内存数据存储的数据交换模式。通过DMA的数据交换几乎可以不损耗CPU的资源。而CLR提供的异步编程模型正是充分利用了硬件的DMA功能来缓解CPU的压力。

通过async和await关键字实现异步编程

一般使用方法:在方法声明上加上async关键字,它的目的是使得方法内的关键字await生效(为了保持向后兼容,同时引入了这两个关键字),如果async方法有返回值,返回Task<T>,若没有则返回Task,返回这些Task的目的是通知主程序异步方法的结束。下面我们通过这两个关键字用例子来介绍几本用法!

 1 async Task DoSomethingAsync()  2 {  3 int val = 13;  4 // 异步方式等待1 秒  5 await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1));  6 val *= 2;  7 // 异步方式等待1 秒  8 await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1));  9 Trace.WriteLine(val); 10 }

在winform中程序中,添加一个按钮和label文本,此按钮的点击事件代码为:

1         private void btnSync_Click(object sender, EventArgs e) 2         { 3             DoSomethingSync(); 4             label1.Text = "Async Done"; 5         }

【问题1】当点击此按钮时先执行完异步方法后输出26,再执行label1.Text=“Aysnc Done”?答案是NO!因为async在开始时是以同步方式执行 ,在其方法内部由于await关键字的存在则会执行一个异步等待!但是在此之前,它首先检查该操作是否已经完成,若完成,则继续以同步方式继续运行!否则则会暂停异步方法,并返回,遗留下这个未完成的Task。一段时间后操作完成,该异步方法恢复运行!是不是没太理解?通俗点说就是,当触发点击事件时,先执行异步方法,此时会在线程池中新起一个工作线程,但是不会阻塞主线的运行,所以此时会返回一个异步方法中遗留的而未完成的任务,先执行下面一句label1.Text="Async Done",直到该任务完成输出26!

【问题2】如果将上述事件写成如下,结果又会怎样??结论就是先执行完异步方法输出26,然后再执行label1.Text=“Aysnc Done!

private async void btnSync_Click(object sender, EventArgs e)         {             await DoSomethingSync();             label1.Text = "Async Done";         }

这个相当于async嵌套了,点击触发该异步事件,执行异步方法DoSomethinSync,所以会新起一个工作线程,不影响主线程的运行,但是此时主线程就是该异步事件,则先执行完该方法后输出26再执行输出文本label1.Text = "Async Done";

所以通过上面得出await关键字的作用:在线程池中新起一个将被执行的工作线程Task,当要执行IO操作时则会将工作线程归还给线程池,因此await所在的方法不会被阻塞。当此任务完成后将会执行该关键字之后代码!

关于异步方法async

一个async方法是有多个同步执行的程序块组成,每个同步执行的的程序块由await隔离!所以鉴于此,每个同步程序块都会试图在原始的上下文中恢复运行,也就是说如果UI线程中调用上述DoSomethinSync方法,则会在UI线程中运行,如果在线程池中调用,则会在线程池的线程中运行!这当然不是我们想要的结果,我们需要的是在调用的线程中运行,同时也要避免这种错误的行为。

对于上述异步方法在异步等待中只需这样修改即可 Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds( 1 )).ConfigureAwait( false ); 对于ConfigureAwait为true时就是将你调用的方法返回到原始的上下文中运行!如此设置后这将在调用的线程中运行。

关于任务Task

(1)需要CPU实际执行命令,创建此类计算的任务时,使用Task.Run,若需按照特定的计划进行则用TaskFactory.StartNew

(2)需要基于通知(notification)事件的任务和大部分需要IO操作时,使用TaskCompletionSource<T>

总结

(1)在异步编程需要注意的地方

【1】如果使用了async异步方法最好就一直使用它,再调用返回结束返回的Task对象避免使用Task.Wait或者Task<T>.Result方法,因为极容易造成死锁。

【2】不要用void 作为async 方法的返回类型! async 方法可以返回void,但是这仅限于编写事件处理程序。一个普通的async方法如果有返回值返回Task<T>,如果没有返回值,要返回Task,而不是void!

【3】在核心库代码中一直使用ConfigureAwait。在外围的用户界面代码中,只在需要时才恢复上下文。

(2)参考资料

【1】C#并发编程经典实例

【2】园子一位园友在C#并发编程经典实例上的标注,实在找不到园友链接了,在此表示感谢

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