异步编程 async/await 初步

async/await 简介

异步方法的主要应用场景：（1）计算密集型（2） I/O 密集型

异步编程能提升网络服务器的吞吐量，提高用户界面的响应性。

C# 直接在语言层面上支持异步编程，它使用 async/await 语法，在 Task asynchronous programming (TAP) 模型上实现了多线程编程。

使用 async/await 编写异步代码时，形式上与同步代码差不多，无需分心编写通常重复的线程管理代码，因而能更专注于业务逻辑。

由于形式简单，它降低了编写多线程代码的负担，减少出错几率，提高了编码效率。

同步代码与异步代码比较

例如，一个基本串流拷贝操作，看一下它的同步版本与异步版本在代码实现形式上有什么不同：

从代码可以看出，异步版本函数把返回类型void，改成 async Task，在同步方法调用前面加入 await，并换成了异步方法， 这样就可以实现异步功能，是不是很简单？

从代码阅读角度来讲，同步版本和异步版本流程是基本一致的，它符合人的思维习惯，也很容易理解。

在异步版本中，async 用来说明该函数是一个异步函数。如果函数没有返回值，则返回 Task； 如果函数需要返回 TResult，则返回Task<TResult>。 函数里面在需要等待异步代码完成的地方，加上 await 关键字，表示要等待它完成后再继续。 根据需要，可以加入更多的同步代码，加入多个 await 来等待其它异步代码。

C# 编译器会特殊处理异步函数，为它生成依赖 Task 机制的代码，在 DotNet 自身的多线程支持环境下，完成多线程之间的协作，保证代码按照指定的方式正确运行。

异步 IO 例子

我们来看一个访问网络资源的例子：

计算密集型例子

耗时的 CPU 计算任务可以放到 Task.Run() 来执行，避免阻塞当前线程。

下面例子功能为：计算指定数字以内的所有质数的个数。例子里面使用 Stopwatch 类来评估运行所用的时间。

异步操作的异常处理

await 可以捕获到异步操作里抛出的异常。

下面这个例子展示：如果文件不存在，将会显示出错误信息；如果碰到其它类型错误，也会显示出来。

异步操作的中途取消

可以使用一个 CancellationTokenSource 实例来取消多个任务。

CancellationTokenSource 提供了 Token 属性，类型为 CancellationToken，作为参数传给异步任务。

可以调用 CancellationTokenSource 的 Cancel() 方法来设置 CancellationToken 的状态。

异步任务根据 CancellationToken 的状态来控制自己的执行。

下面是一个加入取消功能的计算质数个数的例子：

不取消时的输出类似为：

中途按键盘 “C” 键取消任务时的输出类似为：

异步操作的返回类型

异步操作支持多种返回类型：

• Task，对应方法不需要返回值，即 void
• Task<TResult>，对应方法返回 TResult
• void，对应事件处理函数
• 返回类型有可访问的 GetAwaiter 方法
• IAsyncEnumerable<T>，对应方法返回一个异步流

下面是一个返回 IAsyncEnumerable<T> 的例子，可以用 await foreach 语句来消费异步流。

结束语

C# 的 async/await 语法简化了异步编程模型，它是在 DotNet 的 Task 机制上实现的，在使用过程中，往往也会用到 Task 的各种方法。