一文说通C#中的异步编程补遗

发表于 4年以前 | 总阅读数：449 次

前文写了关于C#中的异步编程。后台有无数人在讨论，很多人把异步和多线程混了。

文章在这儿：一文说通C#中的异步编程

所以，本文从体系的角度，再写一下这个异步编程。

一、C#中的异步编程演变

1. 异步编程模型

这是C#中早期的异步模型，通过IAsyncResult接口来实现。

实现的代码大体是这个样子：

class MyClass
{
    IAsyncResult BeginAction(para ..., AsyncCallback callback, object state);
    T EndAction(IAsyncResult async_result);
}

这种方式在一些库里还有保留，像FileSteam类里的BeginRead和EndRead方法组，就是这种方式。

编程时，不建议用这种方式。

2. 基于事件的异步模型

这是C#中间一个过渡时期的异步模型，核心是基于一个或多个事件、事件处理委托的派生类型，是一种使用多线程的模式。

这个模式在类库里，多用在Winform/WPF中的组件的事件处理，你可以随便拿一个Framework 4.5以前的组件去研究，大多数都是这种方式。

这种方式的实现大体是这个样子：

class MyClass
{
  void ActionAsync(para ...);
  event ActionCompletedEventHandler action_completed;
}

这种方式使用多线程，所以，它具有多线程的全部特点和要求。

从微软的建议来看，Framework 4.5以后，并不推荐使用这种模式。

3. 基于任务的异步模型

这种异步模型从Framework 4.0以后引入，使用单一方法来表示异步的开始和完成。这是目前推荐的异步开发方式。在上个文章中的异步模式，就是这个方式。

这个方式的代码实现是这样的：

class MyClass
{
  Task<T> ActionAsync(para ...);
}

我们所说的异步，包括前文讲的异步，全部是基于这个基于任务的异步模型来讨论。

在这个模型下，前文说过，异步不是多线程。今天再强调一遍，异步不仅不是多线程，同时异步也不一定会使用多线程。

二、异步模型中的“任务”

先来看看任务：Task和Task<T>，这是异步模型的核心。

这个“任务”，是一种“承诺”，承诺会在稍后完成任务。

它有两个关键字：async和await。注意：是await，不是wait。这儿再强调一下，Task.Wait是个同步方法，用在多线程中等待。Task是Thread的子集，因此继承了Wait方法，但这个方法不是给异步用的。

在某些情况下，异步可以采用多线程来实现，这时候，Task.Wait可以用，但这是以多线程的身份来使用的，用出问题要查线程，而不是异步。

关于异步中Task和async、await配合的部分，可以去看前一个文章。地址在：一文说通C#中的异步编程，这儿不再说了。

三、异步编程的两种模式

1. 单线程模式

先看代码：

Task<string> GetHtmlAsync()
{
  var client = new HttpClient();
  var gettask = client.GetStringAsync("https://home.cnblogs.com/u/tiger-wang");

  return await gettask;
}

这种模式下，这个异步工作于单线程状态。代码虽然返回一个任务Task<T>，在这个任务依然在主线程中，并没有生成一个新的线程。换句话说，这种方式不额外占用线程池资源，也不需要考虑多线程开发中线程锁定、数据一致性等问题。

因为线程没有切换，所以也不存在上下文切换的问题。

2. 多线程模式

既然Task派生自Thread，当然也可以用多线程来实现异步。

看代码：

Task<string> GetHtmlAsync()
{
  var gettask = Task.Run(() => {
    var client = new HttpClient();
    return client.GetStringAsync("https://home.cnblogs.com/u/tiger-wang");
  });

  return await gettask;
}

对方上一段代码，把调用client.GetStringAsync的部分放到了Task.Run里。

这种方式中，异步被放到了主线程以外的新线程中执行，换句话说，这个异步在以多线程的方式执行。

在这种模式下，async和await的配合，以及对程序执行次序的控制，跟单线程模式是完全一样的。但是要注意，前边说了，async和await是异步的关键字，它不管多线程的事，也不会为多线程提供任何保护。多线程中的并发锁、数据锁、上下文切换，还需要以多线程的方式另外搞定。Task.Run的内部代码会占用线程池资源，并在一个可用的线程上与主线程并行运行。

四、异步的两个额外状态

1. 取消

异步针对的是需要消耗长时间运行的工作。在工作过程中，如果需要，我们可以取消异步的运行。系统提供了一个类CancellationToken来处理这个工作。

定义方式：

Task<T> ActionAsync(para ..., CancellationToken cancellationtoken);

调用方式：

CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
CancellationToken cancel_token = source.Token;

await ActionAsync(para, cancel_token);

需要取消时：

source.Cancel();

就可以了。

在做API时，异步中加个CancellationToken，是基本的代码礼节。

2. 进度

长时间运行，如果能给出个进度也不错。

定义方式：

Task<T> ActionAsync(para ..., IProgress<T> progress);

其中，T是需要返回的进度值，可以是各种需要的类型。

当然，我们需要实现IProgress：

public class Progress<T> : IProgress<T>  
{  
    public Progress();  
    public Progress(Action<T> handler);  
    protected virtual void OnReport(T value);  
    public event EventHandler<T> ProgressChanged;  
}

IProgress<T>通过回调来发送进度值，引发捕获并处理。

全文完。

这篇文章是对前一篇文章的补充和扩展。所以，要两篇一起看，才更好。

一文说通C#中的异步编程