【.NET】- async await 异步编程

为什么需要异步，异步对可能起阻止作用的活动（例如，应用程序访问 Web 时）至关重要。 对 Web 资源的访问有时很慢或会延迟。 如果此类活动在同步过程中受阻，则整个应用程序必须等待。 在异步过程中，应用程序可继续执行不依赖 Web 资源的其他工作，直至潜在阻止任务完成。

　　本节将一步一步带领大家理解async和await。

　　期间会有

　　Hello World，原理介绍，异步会提高程序的运行速度吗，async和await，MVC中的异步Action，以及线程中常涉及到的线程安全和信号量。

Hello World

static void Main(string[] args)
{
    new Thread(Test) { IsBackground = false }.Start();      //.Net 在1.0的时候，就已经提供最基本的API.
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(o => Test());              //线程池中取空闲线程执行委托（方法）
    Task.Run((Action)Test);                                 //.Net 4.0以上可用
    Console.WriteLine("Main Thread");
    Console.ReadLine();
}

static void Test()
{
    Thread.Sleep();
    Console.WriteLine("Hello World");

原理

　　其实不管是Task，ThreadPool，本质最终都是Thread。只不过微软帮我们在简化线程控制的复杂度。

　　线程池是CLR中事先定义好的一些线程。Task取的线程池，只不过在语法上，可以非常方便取返回值。

异步会提高程序的运行速度吗

　　多线程会提高程序的效率，不会提高运行速度。

　　这就好比这一个任务让前台花1个小时。前台完成10分钟的时候

　　打电话给经理，让他安排一个人来干30分钟（new Thread()），他干剩下的20分钟。（创建线程，需要时间，内存资源）

　　或者从旁边空闲的同事中（ThreadPool 或 Task），拉一个人过来干30分钟。他干剩下的20分钟。（需要的时间少，资源本来就存在）

　　从上看出，异步会让一份任务时间变长。资源消耗更多。但是可以让前台（UI线程）空闲下来，听从领导(用户)指挥。

async和await只是一个标记

　　首先看个Demo：

static void Main(string[] args)
{
    Task.Run(() =>                                          //异步开始执行
    {
        Thread.Sleep();                                 //异步执行一些任务
        Console.WriteLine("Hello World");                   //异步执行完成标记
    });
    Thread.Sleep();                                     //主线程在执行一些任务
    Console.WriteLine("Main Thread");                       //主线程完成标记
    Console.ReadLine();
}

执行结果：

　　这个很正常。但是我们希望先执行主线程完成标记，不改动主线程和Task的任务情况下，如何处理？

使用await和async：

static void Main(string[] args)
{
    Say();　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//由于Main不能使用async标记
    Console.ReadLine();
}
private async static void Say()
{
    var t = TestAsync();
    Thread.Sleep();                                     //主线程在执行一些任务
    Console.WriteLine("Main Thread");                       //主线程完成标记
    Console.WriteLine(await t);                             //await 主线程等待取异步返回结果
}
static async Task<string> TestAsync()
{
    return await Task.Run(() =>
    {
        Thread.Sleep();                                 //异步执行一些任务
        return "Hello World";                               //异步执行完成标记
    });
}

　　1.凡是使用await关键字的方法，都必须打上async标记。

　　2.async表示方法内有异步方法，调用async方法，会立刻另起线程执行。

　　3.await只是显示等待线程结束。await表示等待异步方法执行完，并取返回值。

MVC中的异步Action

　　既然多线程不能提高运行速度，而且每次请求Asp.net程序都是发起一个新的线程，为什么还要用多线程让其“降速”？

　　为了提高网站的吞吐量。

　　在MVC中，如果采用异步Action，则会像下面情况执行。

　　1.请求到达IIS，IIS应用程序池分配一个worker线程用来响应请求。

　　2.worker线程，执行异步操作，调用CLR线程池线程处理。

　　3.释放worker线程，响应其他请求。

　　4.异步操作执行完，w3wp(应用程序池进程)再次分配一个worker线程继续响应。

　　上述使用场景中，会获取两次worker 线程，这两次获取的线程可能相同，也可能会不同。如果有比较耗时的任务，非常建议把同步请求转换为异步。

线程安全和信号量

　　先举个线程不安全的例子。

static void Main(string[] args)
{
    Task.Run((Action)Test);
    Task.Run((Action)Test);
    Console.ReadLine();
}

private static void Test()
{
    if (!IsComplete)
    {
        //todo other
        Thread.Sleep();
        Console.WriteLine("执行完成");
        IsComplete = true;
    }
}

public static bool IsComplete { get; set; }

　　上面的执行结果，这就是线程不安全。（多线程访问同一段代码 产生不确定结果。）

　　

如何解决，涉及到线程锁的概念。线程锁会让多线程访问的时候，一次只允许一个线程进入。

线程锁例子

private static readonly object lockObj = new object();
        public static bool IsComplete { get; set; }
        static void Main(string[] args)
        {
            Task.Run((Action)Test);
            Task.Run((Action)Test);
            Console.ReadLine();
        }

        private static void Test()
        {
            lock (lockObj)                              //锁住的必须是引用类型。由于在静态方法中，则锁住静态引用类型。
            {
                if (!IsComplete)
                {
                    //todo other
                    Thread.Sleep();
                    Console.WriteLine("执行完成");
                    IsComplete = true;
                }
            }
        }

　　

信号量

　　线程锁的技术使一块代码只能一个线程进入。信号量的存在，则是让同一块代码指定多个线程进入。

信号量（SemaphoreSlim）例子

static readonly SemaphoreSlim slim = new SemaphoreSlim();
        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = ; i < ; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(Test, i);
            }
            Console.ReadLine();
        }

        private async static void Test(object i)
        {
            Console.WriteLine("准备执行" + i);
            await slim.WaitAsync();
            Console.WriteLine("开始执行" + i);
            //todo other
            await Task.Delay();
            Console.WriteLine("执行结束" + i);
            slim.Release();
        }

上面执行结果