【读书笔记】C#高级编程 第十三章 异步编程

（一）异步编程的重要性

使用异步编程，方法调用是在后台运行（通常在线程或任务的帮助下），并不会阻塞调用线程。有3中不同的异步编程模式：异步模式、基于事件的异步模式和新增加的基于任务的异步模式（TAP，可利用async和await关键字来实现）。

（二）异步模式

1、C#1的APM 异步编程模型（Asynchronous Programming Model）。

2、C#2的EAP 基于事件的异步模式（Event-based Asynchronous Pattern）。

3、TAP 基于任务的异步模式（Task-based Asynchronous Pattern）。

参考：http://www.cnblogs.com/zhaopei/p/async_one.html

（三）异步编程基础

async和await关键字只是编译器功能。编译器会用Task类创建代码。

1、创建任务

 1 /// <summary>
 2 /// 同步方法
 3 /// </summary>
 4 /// <returns></returns>
 5 static string SayHi(string name)
 6 {
 7     Thread.Sleep(3000);
 8     return "你好！"+ name;
 9 }
10
11 /// <summary>
12 /// 基于任务的异步模式
13 /// </summary>
14 /// <returns></returns>
15 static Task<string> SayHiAsync(string name)
16 {
17     return Task.Run<string>(()=> {
18         return SayHi(name);
19     });
20 }

泛型版本的Task.Run<string>创建一个返回字符串的任务。

2、调用异步方法

使用await关键字需要有用async修饰符声明的方法。在await的方法没有完成前，该方法内的其他代码不会继续执行，但是调用await所在方法的线程不会被阻塞。

private async static void CallerWithAsync()
{
    string result = await SayHiAsync("张三");
    Console.WriteLine(result);
}

async修饰符只能用于返回Task和void方法。

3、延续任务

Task类的ContinueWith方法定义了任务完成后就调用的代码。指派给ContinueWith方法的委托接受将已完成的任务作为参数传入，使用Result属性可以访问任务返回的结果。

private static void CallerWithContinuationTask()
{
    Task<string> t = SayHiAsync("李四");
    t.ContinueWith(_t => Console.WriteLine(_t.Result));
}

4、同步上下文

WPF应用程序设置了DispatcherSynchronizationContext属性，WindowsForm应用程序设置了WindowsFormsSynchronizationContext属性。如果调用异步方法的线程分配给了同步上下文，await完成之后将继续执行。如果不使用相同的上下文，必须调用Task类的ConfigureAwait(ContinueOnCapturedContext:false)。

5、使用多个异步方法

（1）按顺序调用异步方法

private async static void MultipleCallerWithAsync()
{
    string result1 = await SayHiAsync("张三");
    string result2 = await SayHiAsync("李四");
    Console.WriteLine("完成了两次打招呼！{0} 和 {1}", result1, result2);
}

（2）使用组合器

一个组合器可以接受多个同一类型的参数，并返回同一类型的值。Task组合器接受多个Task对象作为参数，并返回一个Task。

private async static void MultipleCallerWithAsyncWithCombinators1()
{
    Task<string> task1 =  SayHiAsync("张三");
    Task<string> task2 =  SayHiAsync("李四");
    await Task.WhenAll(task1,task2);
    Console.WriteLine("完成了两次打招呼！{0} 和 {1}", result1, result2);
}

Task类定义了WhenAll（全部任务完成才返回）和WhenAny（任意任务完成即返回）两个组合器。

当任务返回类型相同时，可以用数组接受返回结果。

private async static void MultipleCallerWithAsyncWithCombinators2()
{
    Task<string> task1 =  SayHiAsync("张三");
    Task<string> task2 =  SayHiAsync("李四");
    string [] results=await Task.WhenAll(task1,task2);
    Console.WriteLine("完成了两次打招呼！{0} 和 {1}", results[0], results[1]);
}

6、转换异步模式

当某些类没有提供基于任务的异步模式时（仅有BeginXX,EndXX），可以使用TaskFactory类定义的FromAsync方法转换为基于任务的异步模式的方法。

private static async void ConvertingAsyncPattern()
{
    Func<string, string> method = SayHi;
    string result = await Task<string>.Factory.FromAsync<string>((name, callback,state) => {
        return method.BeginInvoke(name, callback, state);
    },ar=> {
        return method.EndInvoke(ar);
    },"王麻子",null);
Console.WriteLine(result);
}

（四）错误处理

1、异步方法的异常处理

异步方法异常的一个较好的处理方式，就是使用await关键字，将其放在try/catch语句中。

 1 static async Task ThrowAfter(int ms, string message)
 2 {
 3     await Task.Delay(ms);
 4     throw new Exception(message);
 5 }
 6
 7 private static async void HandleOneError()
 8 {
 9     try
10     {
11         await ThrowAfter(2000, "first");
12     }
13     catch (Exception ex)
14     {
15         Console.WriteLine("handled {0}", ex.Message);
16     }
17 }

2、多个异步方法的异常处理

在顺序调用两个及以上会抛出异常的方法时，不可再使用以上方法，因为当第一个异步方法抛出异常时try块里的余下方法不会再被调用。

如果需要将剩余的方法继续执行完，再对异常进行处理，可以使用Task.WhenAll方法，这样不管任务是否抛出异常，都会等到所有任务执行完。但是，也只能看见传递给WhenAll方法的第一个异常。

private static async void HandleOneError()
{
    try
    {
        Task task1 = ThrowAfter(1000, "first");
        Task task2 = ThrowAfter(2000, "second");
        await Task.WhenAll(task1, task2);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine("handled {0}", ex.Message);
    }
}

如果需要将剩余的方法执行完，且获取所有抛出异常，可以在try块外声明任务变量，使其可以在catch块内被访问。这样可以使用IsFaulted属性检查任务的状态，当为true时，可以使用Task类的Exception.InnerException访问异常信息。

private static async void HandleOneError()
{
    Task task1 = null;
    Task task2 = null;
    try
    {
        task1 = ThrowAfter(1000, "first");
        task2 = ThrowAfter(2000, "second");
        await Task.WhenAll(task1, task2);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        if (task1 != null && task1.IsFaulted)
        {
            Console.WriteLine(task1.Exception.InnerException);
        }
        if (task2 != null && task2.IsFaulted)
        {
            Console.WriteLine(task2.Exception.InnerException);
        }
    }
}

3、使用AggregateException信息

为了得到所有的异常信息，还可以将Task.WhenAll返回的结果写入一个Task变量中，然后访问Task类的Exception属性（AggregateException类型）。AggregateException定义了InnerExceptions属性，它包含了所有的异常信息。

private static async void HandleOneError()
{
    Task task = null;
    try
    {
        Task task1 = ThrowAfter(1000, "first");
        Task task2 = ThrowAfter(2000, "second");
        await (task = Task.WhenAll(task1, task2));
    }
    catch (Exception)
    {
        foreach (var exception in task.Exception.InnerExceptions)
        {
            Console.WriteLine(exception);
        }
    }
}

（五）取消

1、取消任务

private CancellationTokenSource cts;
private void OnCancel()
{
    if (cts != null)
    {
        cts.Cancel();
        //cts.CancelAfter(1000);//等待1000ms后取消
    }
}

2、使用框架特性取消任务

private async void OnTaskBasedAsyncPattern()
{
    List<string> urlList = new List<string>();
    urlList.Add("http://www.baidu.com");
    cts = new CancellationTokenSource();
    try
    {
        foreach (var url in urlList)
        {
            Random rd = new Random();
            int i = rd.Next(1, 100); //1到100之间的数,
            if (i%2==0)
            {
                OnCancel();//当随机数为偶数时取消任务
            }
            var client = new HttpClient();
            var response = await client.GetAsync(url, cts.Token);//GetAsync方法会检查是否应该取消操作
            var result =await response.Content.ReadAsStringAsync();
            Console.WriteLine(result);
        }
    }
    catch (OperationCanceledException ex)//当任务取消时会抛出该异常
    {
        Console.WriteLine(ex.Message);
    }
}

3、取消自定义任务

Task类的Run方法提供了传递CancellationToken参数的重载版本。使用IsCancellationRequest属性检查令牌，用ThrowIfCancellationRequested方法触发异常。

public async void CustomerTask()
{
    cts = new CancellationTokenSource();
    var list = new List<string>();
    list.Add("1");
    list.Add("2");
    list.Add("3");
    var deal_list = new List<int>();
    try
    {
        await Task.Run(() => {
            foreach (var item in list)
            {
                Random rd = new Random();
                int i = rd.Next(1, 100); //1到100之间的数,
                if (i % 2 == 0)
                {
                    OnCancel();//当随机数为偶数时取消任务
                }
                if (cts.Token.IsCancellationRequested)
                {
                    Console.WriteLine("处理任务异常，回滚");
                    deal_list.Clear();
                    cts.Token.ThrowIfCancellationRequested();
                }
                deal_list.Add(Convert.ToInt32(item));
                Console.WriteLine(item);
            }
        }, cts.Token);
    }
    catch (OperationCanceledException ex)
    {

        Console.WriteLine(ex.Message);
    }

}