C#异步编程之async/await

博客介绍了C# 5.0引入的async/await关键字,它们能以同步编程形式实现异步编程。async用于方法定义前,await只能在async标记的方法中使用。async修饰方法返回值类型有限制,await处前后代码执行线程可能不同,还给出参考资料和调试代码。
  1. 通过async/await这两个关键字编写出来的代码,代码长(zhang)的像同步编程,但实际上是异步编程。也就是说,async/await能够以同步编程的形式实现异步编程。
  2. async/await是C#5.0引入的。
  3. 关键字async用在方法定义前面,关键字await只能用在async标记的方法中。
  4. async修饰的方法的返回值类型只能是void或者Task或者Task<T>这三种类型,且方法的参数能用ref/out修饰。
  5. await异步等待的地方,await后面的代码和前面的代码执行的线程可能不一样(取决于await时任务是否完成)。

参考资料:

https://www.cnblogs.com/liqingwen/p/5831951.html#!comments

https://www.c-sharpcorner.com/article/async-and-await-in-c-sharp/

以下为本人调试时的代码:

代码1:

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace 简单用法
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff") + " 主线程ThreadId = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            AsyncTest();

            Console.ReadLine();
        }

        static Task<int> Print()
        {
            var tcs = new TaskCompletionSource<int>();
            var thread = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff") + " 子线程Id = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                for (int i = 0; i < 3; i++)
                {
                    Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff") + " =====等待===== " + i);
                    Thread.Sleep(1000);
                }

                tcs.SetResult(99);
            });

            thread.Start();

            return tcs.Task;
        }

        async static void AsyncTest()
        {
            Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff") + " *****Start***** ThreadId = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

            Task<int> taskA = Print();

            Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff") + " *****Middle***** ThreadId = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

            await taskA;//await后面的代码和前面的代码执行的而线程可能不一样(这个应该是涉及“出让执行权”)

            Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff") + "*****End***** ThreadId = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        }
    }
}

运行结果:

代码2:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

//In this example,we are going to take two methods,
//which are not dependent on each other.
namespace 简单用法2
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Method1();
            Method2();
            Console.ReadLine();
        }

        public static async Task Method1()
        {
            await Task.Run(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    Console.WriteLine(" Method 1 ");
                    Thread.Sleep(100);
                }
            });
        }

        public static void Method2()
        {
            for (int i = 0; i < 25; i++)
            {
                Console.WriteLine(" Method 2 ");
                Thread.Sleep(500);
            }
        }
    }
}

运行结果:

代码3:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

//In this example,Method1 is retirning total length as an integer value and we are passing a parameter
//as a length in a Method3,Which is coming from Method1.
namespace 简单用法3
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            callMethod();
            Console.ReadLine();
        }

        public static async void callMethod()
        {
            Task<int> task = Method1();
            Method2();
            int count = await task;
            Method3(count);
        }

        public static async Task<int> Method1()
        {
            int count = 0;
            await Task.Run(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    Console.WriteLine(" Method 1 ");
                    count++;
                    Thread.Sleep(100);
                }
            });
            return count;
        }

        public static void Method2()
        {
            for (int i = 0; i < 25; i++)
            {
                Console.WriteLine(" Method 2 ");
                Thread.Sleep(200);
            }
        }

        public static void Method3(int count)
        {
            Console.WriteLine("Total count is " + count);
        }
    }
}

运行结果:

代码4:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

//In this example,we are going to read all the character from a
//large text file asynchronously and get the total length of all the characters.
namespace 简单用法4
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Task task = new Task(CallMethod);
            task.Start();
            task.Wait();
            Console.ReadLine();
        }

        static async void CallMethod()
        {
            string filePath = @"C:\Io.dos";
            Task<int> task = ReadFile(filePath);

            Console.WriteLine(" other work 1");
            Console.WriteLine(" other work 2");
            Console.WriteLine(" other work 3");

            int length = await task;
            Console.WriteLine(" Total length = " + length);

            Console.WriteLine(" After work 1");
            Console.WriteLine(" After work 2");
        }

        static async Task<int> ReadFile(string file)
        {
            int length = 0;
            Console.WriteLine(" File reading is starting ");
            using (StreamReader reader = new StreamReader(file))
            {
                //Reads all characters from the current position to the end
                //of the stream asynchronously and returns them as one string.
                string s = await reader.ReadToEndAsync();
                length = s.Length;
            }
            Console.WriteLine(" File reading is completed ");
            return length;
        }
    }
}

运行结果:

<think>好的,我现在需要帮助用户了解C#中的async/await的用法和原理。首先,我得整理一下自己知道的信息,确保准确无误。根据用户提供的引用资料,async/awaitC#中处理异步编程的关键字,async修饰方法表示异步,await用于等待异步操作完成。引用[1]和[2]提到了基本用法,引用[3]讲到了异常处理和避免阻塞,引用[4]讨论了原理,特别是关于线程的问题。 首先,我需要解释async/await的基本使用方法。比如如何定义一个异步方法,使用async关键字,返回类型通常是Task或Task<T>。然后,await的使用场景,比如在调用异步方法时使用await,这样可以让后续代码在异步操作完成后继续执行,而不会阻塞当前线程。 接下来是示例代码部分。用户可能需要一个简单的例子,比如一个模拟的异步下载方法,然后在主方法中调用它。这里要注意代码的正确性,比如方法的返回类型,使用Task.Delay来模拟耗时操作,以及Main方法标记为async,这在C# 7.1之后是允许的。 然后是原理部分。根据引用[4],async/await本身不会创建新线程,但底层的异步操作可能会。需要解释状态机的工作机制,编译器如何将async方法转换为状态机,await如何让出控制权,以及如何回调继续执行剩余代码。这部分可能比较复杂,需要用通俗易懂的语言解释,避免过于技术化。 还要提到异常处理,像引用[3]里说的,使用try-catch来捕获异步方法中的异常。这里可以举一个例子,在await调用周围包裹try块,捕获可能发生的异常。 最后是注意事项,比如避免阻塞异步代码,不要使用.Result或.Wait(),而是始终使用await。配置上下文,比如在UI线程中保持同步上下文,而在ASP.NET Core中默认没有,需要特别注意。 现在要生成相关问题。根据用户提供的示例,问题应该围绕使用方法、原理、异常处理、性能优化等展开。比如如何正确处理异常,async方法是否会阻塞线程,状态机的作用,与多线程的区别,以及性能优化的方法。 需要确保回答结构清晰,分点说明,代码示例正确,并且引用正确的来源。检查是否有遗漏的信息,比如线程池的使用或者异步IO操作的解释,确保覆盖用户可能关心的点。 最后,通读整个回答,确认是否符合用户的要求,特别是使用中文,正确的LaTeX格式(虽然这里可能用不上),以及引用标记的正确添加。确保没有技术错误,比如关于线程创建的部分是否准确,根据引用[4],异步操作本身可能在其他线程执行,但async方法本身不直接创建线程。</think>### C#async/await的用法与原理 #### 1. 基本用法 在C#中,`async`关键字用于声明异步方法,其返回类型通常为`Task`或`Task<T>`(无返回值或有返回值)。`await`关键字用于等待异步操作完成,期间线程可释放以执行其他任务,避免阻塞[^1]。例如: ```csharp public async Task DownloadDataAsync() { // 模拟耗时操作(如网络请求) await Task.Delay(1000); Console.WriteLine("数据下载完成"); } ``` #### 2. 代码执行流程 调用异步方法时,使用`await`会暂停当前方法,将控制权交回调用方。待异步操作完成后,剩余代码继续执行: ```csharp public static async Task Main() { Console.WriteLine("开始"); await DownloadDataAsync(); Console.WriteLine("结束"); } ``` 输出顺序为:开始 →(等待1秒)→ 数据下载完成 → 结束[^2]。 --- #### 3. 实现原理 - **状态机机制**:编译器将`async`方法转换为状态机类,通过`MoveNext`方法管理代码执行阶段。`await`是状态机的“断点”,标记异步操作前后的代码分割[^4]。 - **线程模型**:`async`方法本身不创建新线程,但底层异步操作(如文件I/O或网络请求)可能使用线程池或操作系统级异步I/O。例如: ```csharp await File.WriteAllTextAsync("test.txt", "内容"); // 异步I/O,不占用线程 ``` - **同步上下文**:在UI线程中,`await`后的代码默认回到原线程执行;在ASP.NET Core等无同步上下文的环境中,代码可能在任意线程线程恢复。 --- #### 4. 异常处理 使用`try-catch`捕获异步操作中的异常: ```csharp try { await GetDataAsync(); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine($"错误:{ex.Message}"); } ``` 异步方法抛出的异常会封装到`Task`中,通过`await`重新抛出[^3]。 --- #### 5. 注意事项 1. **避免阻塞**:禁止使用`.Result`或`.Wait()`,否则可能导致死锁(尤其在UI线程中)。 2. **返回值**:无返回值用`Task`,有返回值用`Task<T>`;`void`仅用于事件处理。 3. **性能优化**:对CPU密集型任务,可结合`Task.Run`卸载到线程池: ```csharp var result = await Task.Run(() => Calculate(1000000)); ``` --- ###
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