通過使用異步編程，可避免出現(xiàn)性能瓶頸，并提高應(yīng)用程序的整體響應(yīng)。然而，技術(shù)編寫異步應(yīng)用程序的傳統(tǒng)方法過于復(fù)雜，這使得異步程序難以編寫，調(diào)試和維護(hù)。
Visual Studio2012引入了一個(gè)簡(jiǎn)單的開發(fā)方法，異步編程，我們可以充分利用.NET Framework 4.5 和 Windows Runtime中對(duì)異步的支持。這項(xiàng)復(fù)雜的工作將會(huì)交由編譯器來搞定，開發(fā)人員就像是在使用同步代碼來編寫應(yīng)用程序的邏輯結(jié)構(gòu)，但其結(jié)果是，得到了所有異 步編程的優(yōu)點(diǎn)，但只要付出一點(diǎn)點(diǎn)工作。
本主題簡(jiǎn)要介紹何時(shí)以及如何使用異步編程，其中包括支持說明本主題的例子。 由此下載VS2012.
異步提高響應(yīng)能力
異步性必不可少，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中有很多潛在的，可阻塞應(yīng)用程序響應(yīng)的情況，如當(dāng)你的應(yīng)用程序訪問網(wǎng)絡(luò)，文件系統(tǒng)等等。比如訪問Web資源，有時(shí)是緩慢的 或者是有延遲的。同步處理的話，如果有這樣的一個(gè)阻塞產(chǎn)生，那么整個(gè)應(yīng)用程序就必須等待。而在一個(gè)異步的過程中，應(yīng)用程序可以先繼續(xù)進(jìn)行其他不依賴于網(wǎng)絡(luò) 的工作，直到所有可能產(chǎn)生阻塞的任務(wù)完成后再處理這些任務(wù)。
下表顯示了典型的可以通過異步編程提高響應(yīng)的場(chǎng)景。列出的.NET Framework4.5和Windows Runtime的API包含支持異步編程的方法。
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 支持異步方法的API |
| 訪問Web | |
| 使用文件 | |
| 使用圖像 | |
| WCF程序開發(fā) | |
| 使用sockets |
異步性已經(jīng)被證明對(duì)所有通過一個(gè)線程訪問UI，或是處理UI相關(guān)的活動(dòng)的應(yīng)用都特別的有價(jià)值。如果在同步的應(yīng)用程序中任何一個(gè)處理過程被阻塞，那就意味著所有的東西都被阻塞了。你的應(yīng)用程將會(huì)停止響應(yīng)，更糟糕的是你可能會(huì)得出這樣的結(jié)論，這只是等待并不是失敗。
當(dāng)你使用異步方法，應(yīng)用程序?qū)⒗^續(xù)響應(yīng)的UI。您可以調(diào)整大小或最小化窗口，例如，當(dāng)你不想等下去的時(shí)候，你可以關(guān)閉該應(yīng)用程序。
現(xiàn)在這種基于異步的方法在你設(shè)計(jì)異步操作時(shí)，就像一組可以選擇的自動(dòng)變速器，也就是說，你可以得到所有之前異步編程的好處，而不必像之前那樣苦逼（太讓人興奮了）。
異步方法現(xiàn)在很容易編寫
Async和Await關(guān)鍵字是C#異步編程的核心。通過使用這兩個(gè)關(guān)鍵字，你可以使用.NET Framework或Windows Runtime的資源創(chuàng)建一個(gè)異步方法如同你創(chuàng)建一個(gè)同步的方法一樣容易。通過使用async和await定義的異步方法，這里被稱為異步方法。
下面的例子顯示了一個(gè)異步方法。代碼中的幾乎所有的東西你看起來應(yīng)該非常熟悉。注釋中描述了你為實(shí)現(xiàn)異步操作添加什么功能。
2 // -該方法具有一個(gè)async修飾符.
3 // -返回類型為TaskorTask<t>.(參考"返回類型"一節(jié).)
4 // 這里,返回值是Task<int>因?yàn)榉祷氐氖且粋€(gè)整數(shù)類型.
5 // -這個(gè)方法的名稱以"Async"結(jié)尾.
6 asyncTask< int >AccessTheWebAsync()
7 {
8 // 你需要添加System.Net.Http的引用來聲明client
9 HttpClientclient= new HttpClient();
10
11 // GetStringAsync返回Task<string>.這意味著當(dāng)Task結(jié)束等待之后
12 // 你將得到一個(gè)string(urlContents).
13 Task< string >getStringTask=client.GetStringAsync( " http://msdn.microsoft.com " );
14
15 // 你可以做一些不依賴于GetStringAsync返回值的操作.
16 DoIndependentWork();
17
18 // await操作掛起了當(dāng)前方法AccessTheWebAsync.
19 // -AccessTheWebAsync直到getStringTask完成后才會(huì)繼續(xù).
20 // -同時(shí),控制權(quán)將返回AccessTheWebAsync的調(diào)用者.
21 // -控制權(quán)會(huì)在getStringTask完成后歸還到AccessTheAsync.
22 // -await操作將取回getStringTask中返回的string結(jié)果.
23 string urlContents=awaitgetStringTask;
24
25 // return語句用來指定一個(gè)整數(shù)結(jié)果。
26 // 調(diào)用AccessTheWebAsync將會(huì)收到一個(gè)返回值的長(zhǎng)度.
27 return urlContents.Length;
28 }
以下幾個(gè)特點(diǎn)總結(jié)了一下前面的例子中的異步方法。
- 方法中包含了 async 修飾符。
- 一個(gè)async方法按照慣例以“Async”結(jié)尾。
-
返回類型是如下類型之一：
- Task<TResult> 當(dāng)你的方法有返回值時(shí)，TResult即返回值的類型
- Task 當(dāng)你的方法沒有return語句，或者返回值并不參與任何形式的運(yùn)算（包括賦值操作）。
- Void 當(dāng)你編寫一個(gè)異步事件處理時(shí)會(huì)用到
- 方法通常包括至少一個(gè)await的表達(dá)式，這意味著該方法在遇到await時(shí)不能繼續(xù)執(zhí)行，直到等待異步操作完成。在此期間，該方法將被暫停，并且控制權(quán)返回到該方法的調(diào)用者。本主題接下來的部分說明了懸掛點(diǎn)后會(huì)發(fā)生什么。
在異步方法中，我們使用這些已經(jīng)提供的關(guān)鍵字和類型來表達(dá)想要做什么的時(shí)候，編譯器并沒有閑著，他將處理包括跟蹤在暫停方法中控制權(quán)返回到 await點(diǎn)后將會(huì)如何處理。一些常規(guī)流程，如循環(huán)和異常處理，在之前的異步代碼中都比較難以處理。而現(xiàn)在都?xì)w結(jié)到了一個(gè)async方法中，你會(huì)感覺你在 寫一個(gè)同步的代碼，之前的那些困惑已經(jīng)不復(fù)存在了。
在異步方法中發(fā)生了什么
了解異步編程最重要的是理解控制權(quán)是如何在方法之間轉(zhuǎn)移的。下面的圖標(biāo)將會(huì)解釋這個(gè)過程。
圖中的數(shù)字對(duì)應(yīng)于下面的步驟。
1. 一個(gè)事件的處理函數(shù)用await的方式調(diào)用了異步方法 AccessTheWebAsync。
2. AccessTheWebAsync 創(chuàng)建了一個(gè) HttpClient 實(shí)例，并調(diào)用了異步方法 GetStringAsync 來以下載一個(gè)頁面并將內(nèi)容以string的形式返回.
3. 在GetStringAsync中將會(huì)碰到一些讓進(jìn)程掛起的事情。也許它必須等待一個(gè)網(wǎng)站下載完成或其他一些阻塞性的動(dòng)作，為了避免阻塞資源，GetStringAsync把控制權(quán)移交給了它的調(diào)用者AccessTheWEbAsync。
GetStringAsync返回Task<TResult>泛型，例子中的TResult是string類 型，AccessTheWebAsync將任務(wù)交給了getStringTask變量。這個(gè)任務(wù)代表了一個(gè)正在調(diào)用GetStringAsync的過程， 與一個(gè)承諾，當(dāng)工作完成時(shí)，最終將產(chǎn)生string返回值。
4. 由于getStringTask并沒有被（用await）等待著索取結(jié)果，so AccessTheWebAsync 可以繼續(xù)其他不依賴于GetStringAsync最終返回結(jié)果的其他任務(wù)。這些任務(wù)由一個(gè)同步方法DoIndenpendentWork代表。
5.DoIndenpendentWork是一個(gè)同步方法，將會(huì)以同步的方式執(zhí)行他的工作，并將返回值返回給調(diào)用者。
6. AccessTheWebAsync下一步是希望計(jì)算已經(jīng)下載下來的字符長(zhǎng)度，但是如果沒有這個(gè)字符，這個(gè)希望也就破滅了。
因此，AccessTheWebAsync 使用了await關(guān)鍵字掛起了自己的線程，并將控制權(quán)移交到了AccessTheWebAsync的調(diào)用者。AccessTheWebAsync將會(huì)返回 一個(gè)Task<int>給調(diào)用函數(shù)。這個(gè)任務(wù)承諾會(huì)在結(jié)束是返回給調(diào)用者一個(gè)int型的返回值。
注意
如果GetStringAsync在AccessTheWebAsync 調(diào)用await之前就已經(jīng)完成了，那么控制權(quán)將依然在AccessTheWebAsync中。這種掛起和等待的操作也是很消耗資源的，如果返回值在 await之前就已經(jīng)得到了，AccessTheWebAsync沒必要非得在用等待的方法去得到最終的結(jié)果。
在調(diào)用方法（這里是一個(gè)event的處理函數(shù)）的內(nèi)部，處理過程是疊加的，event的處理函數(shù)將會(huì)等待AccessTheWebAsync，而 AccessTheWebAsync在等待GetStringAsync，與此同時(shí)，調(diào)用函數(shù)依然可以執(zhí)行不依賴于這些返回值的操作。
7. GetStringAsync計(jì)算并產(chǎn)生一個(gè)string結(jié)果。這個(gè)string結(jié)果可能不是按照你現(xiàn)在期望的方式直接返回給他的調(diào)用函數(shù)，相反，這個(gè)結(jié) 果保存在一個(gè)代表方法完成的任務(wù)中，getStringTask。await操作符將會(huì)從getStringTask中取回期望的結(jié)果。賦值語句將會(huì)把結(jié) 果交給urlContents。
8. 當(dāng)AccessTheWebAsync獲得了這個(gè)字符串結(jié)果，我們可以繼續(xù)計(jì)算這個(gè)字符串的長(zhǎng)度了。這樣AccessTheWebAsync的工作也完成了，等待中的event處理函數(shù)也可以繼續(xù)了。
如果你剛剛接觸異步編程，那應(yīng)該花一分鐘來思考一下同步行為和異步行為的不同。同步方法在工作完成之后返回（步驟5），但是異步方法返回一個(gè) task值在他工作被暫停的時(shí)候（步驟3，6）.當(dāng)異步方法完成了他的工作之后，task被標(biāo)記為complete，工作的結(jié)果也保存在task之中。
異步的API方法
你可能會(huì)想知道在哪里可以找到，如GetStringAsync，支持異步編程的API方法。.NET Framework 4.5包含許多使用await和async工作的成員方法。識(shí)別這些方法很簡(jiǎn)單，方法名都是以”Async”結(jié)尾的并且返回類型都是Task或者 Task<TResult>。例如，System.IO.Stream類包含的方法，如CopyToAsync，ReadAsync，及 WriteAsync的對(duì)應(yīng)的同步方法是CopyTo，Read和Write。
線程
異步方法的目的是不阻塞操作。在async方法中, await任務(wù)在執(zhí)行的過程中，并不會(huì)阻塞當(dāng)前的線程，其余的方法可以繼續(xù)執(zhí)行，控制權(quán)將會(huì)移交到async方法的調(diào)用者。
async和await關(guān)鍵字并不會(huì)創(chuàng)建額外的線程，async方法不會(huì)去請(qǐng)求多線程操作。真正創(chuàng)建線程的操作是由Task.Run()實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)async方法并不是在他自己的線程上執(zhí)行的，只有當(dāng)方法被激活時(shí)，才會(huì)使用當(dāng)前線程的上下文和處理時(shí)間。
async方法要比BackgroundWorker更實(shí)用，而且使用起來更簡(jiǎn)單而且不用去過多的考慮競(jìng)態(tài)沖突神馬的。async方法會(huì)將運(yùn)行中的代碼依據(jù)某些算法進(jìn)行合理的拆分，并傳遞給線程池，這也是BackgroundWorker不能比的。
Async和Await
如果需要使用async或者await指定一個(gè)異步方法，我們需要注意一下兩點(diǎn)：
- 用async標(biāo)記的異步方應(yīng)該使用await關(guān)鍵子來制定掛起點(diǎn)。await操作符會(huì)告訴編譯器，這個(gè)async方放在完成之前，后面的代碼無法繼續(xù)執(zhí)行，同時(shí)，控制權(quán)轉(zhuǎn)移到async方法的調(diào)用者。
- 標(biāo)記為async的方法，調(diào)用時(shí)應(yīng)使用await。
一個(gè)async方法里通常包含一個(gè)或多個(gè)的對(duì)應(yīng)的await操作符，但如果沒有await表達(dá)式也不會(huì)導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤。但如果調(diào)用一個(gè)async方 法，卻不使用await關(guān)鍵字來標(biāo)記一個(gè)掛起點(diǎn)的話，程序?qū)?huì)忽略async關(guān)鍵字并以同步的方式執(zhí)行。編譯器會(huì)對(duì)類似的問題發(fā)出警告。
async和await都是上下文關(guān)鍵字：更多的細(xì)節(jié)可以參考：
返回類型和參數(shù)
在.NET Framework編程中，一個(gè)async方法通常返回的類型是Task或者Task<TResult>。在異步方法中，await操作符作用于從另外一個(gè)異步方法返回的Task。
如果指定Task<TResult>為返回結(jié)果，那么這個(gè)方法必須包含return指定的TResult結(jié)果的語句。
如果使用Task作為返回值，那么這個(gè)方法應(yīng)該不存在使用return語句返回結(jié)果的代碼，或者返回的結(jié)果不參與任何運(yùn)算（包括賦值操作）。
2 asyncTask< int >TaskOfTResult_MethodAsync()
3 {
4 int hours;
5 // ...
6 // return一個(gè)整數(shù)作為結(jié)果.
7 return hours;
8 }
9
10 // 調(diào)用TaskOfTResult_MethodAsync
11 Task< int >returnedTaskTResult=TaskOfTResult_MethodAsync();
12 int intResult=awaitreturnedTaskTResult;
13 // 或者使用一條語句
14 int intResult=awaitTaskOfTResult_MethodAsync();
15
16
17 // 明確指定Task
18 asyncTaskTask_MethodAsync()
19 {
20 // ...
21 // 方法沒有任何return語句.
22 }
23
24 // 調(diào)用Task_MethodAsync
25 TaskreturnedTask=Task_MethodAsync();
26 awaitreturnedTask;
27 // 或者使用一條語句
28 awaitTask_MethodAsync();
每一個(gè)返回的task都代表一個(gè)正在執(zhí)行的工作，task包裝的信息中包含了這個(gè)異步方法的執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)，最終的結(jié)果，或者處理過程中拋出的異常。
如果返回值為void，這種類型主要使用于定義事件處理。異步事件通常被認(rèn)為是一系列異步操作的開始。使用void返回類型不需要await，而且調(diào)用void異步方法的函數(shù)不會(huì)捕獲方法拋出的異常。
另外，async方法不能使用ref或者out參數(shù)，但是可以調(diào)用含有這些參數(shù)的方法。
命名約定
按照約定，你應(yīng)該在異步方法的名稱后面追加“Async”用以標(biāo)記此方法。但是在event，基類和接口中不需要遵守約定，就像本文例子中event處理函數(shù)Button1_Click一樣。
相關(guān)主題
一個(gè)完整的例子
2 using System.Collections.Generic;
3 using System.Linq;
4 using System.Text;
5 using System.Threading.Tasks;
6 using System.Windows;
7 using System.Windows.Controls;
8 using System.Windows.Data;
9 using System.Windows.Documents;
10 using System.Windows.Input;
11 using System.Windows.Media;
12 using System.Windows.Media.Imaging;
13 using System.Windows.Navigation;
14 using System.Windows.Shapes;
15
16
17 using System.Net.Http;
18
19 namespace AsyncFirstExample
20 {
21 public partial class MainWindow:Window
22 {
23 // 將event處理函數(shù)用async標(biāo)記，這樣就可以在處理函數(shù)中使用await實(shí)現(xiàn)異步操作.
24 private async void StartButton_Click( object sender,RoutedEventArgse)
25 {
26 // 調(diào)用和await分離的方式.
27 // Task<int>getLengthTask=AccessTheWebAsync();
28 /// /在這里做一些其他的工作.
29 // intcontentLength=awaitgetLengthTask;
30
31 int contentLength=awaitAccessTheWebAsync();
32
33 resultsTextBox.Text+=
34 String.Format( " \r\nLengthofthedownloadedstring:{0}.\r\n " ,contentLength);
35 }
36
37
38 // 在簽名中三個(gè)要注意的事項(xiàng):
39 // -該方法具有一個(gè)async修飾符.
40 // -返回類型為TaskorTask<t>.(參考"返回類型"一節(jié).)
41 // 這里,返回值是Task<int>因?yàn)榉祷氐氖且粋€(gè)整數(shù)類型.
42 // -這個(gè)方法的名稱以"Async"結(jié)尾.
43 asyncTask< int >AccessTheWebAsync()
44 {
45 // 你需要添加System.Net.Http的引用來聲明client
46 HttpClientclient= new HttpClient();
47
48 // GetStringAsync返回Task<string>.這意味著當(dāng)Task結(jié)束等待之后
49 // 你將得到一個(gè)string(urlContents).
50 Task< string >getStringTask=client.GetStringAsync( " http://msdn.microsoft.com " );
51
52 // 你可以做一些不依賴于GetStringAsync返回值的操作.
53 DoIndependentWork();
54
55 // await操作掛起了當(dāng)前方法AccessTheWebAsync.
56 // -AccessTheWebAsync直到getStringTask完成后才會(huì)繼續(xù).
57 // -同時(shí),控制權(quán)將返回AccessTheWebAsync的調(diào)用者.
58 // -控制權(quán)會(huì)在getStringTask完成后歸還到AccessTheAsync.
59 // -await操作將取回getStringTask中返回的string結(jié)果.
60 string urlContents=awaitgetStringTask;
61
62 // return語句用來指定一個(gè)整數(shù)結(jié)果。
63 // 調(diào)用AccessTheWebAsync將會(huì)收到一個(gè)返回值的長(zhǎng)度.
64 return urlContents.Length;
65 }
66
67
68 void DoIndependentWork()
69 {
70 resultsTextBox.Text+= " Working.......\r\n " ;
71 }
72 }
73 }
74
75 // 運(yùn)行結(jié)果:
76
77 // Working.......
78
79 // Lengthofthedownloadedstring:41564.
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