C#异步编程(async and await)以及异步方法同步调用

本文详细介绍了异步和多线程的概念及其区别,并通过实例对比了它们的应用场景,帮助读者理解何时选择异步或多线程来提高程序效率。

https://blog.youkuaiyun.com/chenludaniel/article/details/82016418

1、什么是异步?

异步操作通常用于执行完成时间可能较长的任务,如打开大文件、连接远程计算机或查询数据库=异步操作在主应用程序线程以外的线程中执行。应用程序调用方法异步执行某个操作时,应用程序可在异步方法执行其任务时继续执行。

2、同步与异步的区别

同步(Synchronous):在执行某个操作时,应用程序必须等待该操作执行完成后才能继续执行。

异步(Asynchronous):在执行某个操作时,应用程序可在异步操作执行时继续执行。实质:异步操作,启动了新的线程,主线程与方法线程并行执行。

3、异步和多线程的区别

我们已经知道, 异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。

简单的说就是:异步线程是由线程池负责管理,而多线程,我们可以自己控制,当然在多线程中我们也可以使用线程池。

就拿网络扒虫而言,如果使用异步模式去实现,它使用线程池进行管理。异步操作执行时,会将操作丢给线程池中的某个工作线程来完成。当开始I/O操作的时候,异步会将工作线程还给线程池,这意味着获取网页的工作不会再占用任何CPU资源了。直到异步完成,即获取网页完毕,异步才会通过回调的方式通知线程池。可见,异步模式借助于线程池,极大地节约了CPU的资源。

注:DMA(Direct Memory Access)直接内存存取,顾名思义DMA功能就是让设备可以绕过处理器,直接由内存来读取资料。通过直接内存访问的数据交换几乎可以不损耗CPU的资源。在硬件中,硬盘、网卡、声卡、显卡等都有直接内存访问功能。异步编程模型就是让我们充分利用硬件的直接内存访问功能来释放CPU的压力。

两者的应用场景:

  • 计算密集型工作,采用多线程。

  • IO密集型工作,采用异步机制。

C#异步代码参考(async and await)

 
  1. using System;

  2. using System.Threading;

  3. using System.Threading.Tasks;

  4. namespace AsyncAwaitDemo

  5. {

  6. class Program

  7. {

  8. static void Main(string[] args)

  9. {

  10. Console.WriteLine("main start..");

  11. AsyncMethod();

  12. Thread.Sleep(1000);

  13. Console.WriteLine("main end..");

  14. Console.ReadLine();

  15. }

  16. static async void AsyncMethod()

  17. {

  18. Console.WriteLine("start async");

  19. var result = await MyMethod();

  20. Console.WriteLine("end async");

  21. //return 1;

  22. }

  23. static async Task<int> MyMethod()

  24. {

  25. for (int i = 0; i < 5; i++)

  26. {

  27. Console.WriteLine("Async start:" + i.ToString() + "..");

  28. await Task.Delay(1000); //模拟耗时操作

  29. }

  30. return 0;

  31. }

  32. }

  33. }

使用Wait()和GetAwaiter().GetResult()方法实现异步方法同步执行

 
  1. using System;

  2. using System.Threading.Tasks;

  3. namespace AsyncTest

  4. {

  5. class Program

  6. {

  7. static void Main(string[] args)

  8. {

  9. Console.WriteLine("Async Test job:");

  10. Console.WriteLine("main start..");

  11. Console.WriteLine("MyMethod()异步方法同步执行:");

  12. MyMethod().Wait();//在main中等待async方法执行完成

  13. int i = MyMethod().GetAwaiter().GetResult();//用于在main中同步获取async方法的返回结果

  14. Console.WriteLine("i:" + i);

  15. Console.WriteLine("main end..");

  16. Console.ReadKey(true);

  17. }

  18. static async Task<int> MyMethod()

  19. {

  20. for (int i = 0; i < 5; i++)

  21. {

  22. Console.WriteLine("Async start:" + i.ToString() + "..");

  23. await Task.Delay(1000); //模拟耗时操作

  24. }

  25. return 0;

  26. }

  27. }

  28. }
<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,返回型通常是Task或Task<T>。然后,await使用场景,比如在调用异步方法使用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,然后在主方法调用它。这里要注意代码的正确性,比如方法的返回型,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,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池线程恢复。 --- #### 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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