去年换工作时系统复习了一下.NET Core多线程相关专题，学习了一线码农老哥的《.NET 5多线程编程实战》课程，我将复习的知识进行了总结形成本专题。

本篇，我们来复习一下异步的相关知识点，预计阅读时间10分钟。

理解异步的本质

（1）异步是什么？

举个例子，在高峰期去餐厅吃饭，会先排队拿个小票，然后去逛一下玩玩，等到排到时会被通知就餐，这时再回到餐厅就可以点餐了。

同步示意图：

异步示意图：

（2）同步有什么弊端

时间片切换成本高！

• CPU密集型操作：编码解码、图形计算、正则表达式等
• IO密集型操作：和硬件打交道，和DB打交道等
• 线程太多的烦恼/代价：
• 新开Thread是有开销的（时间、空间）
• GC回收会冻结所有线程寻找引用根（gcroot）

程序有可能会卡死！

• Thread会和网络驱动程序打交道（外网络地址）
• ThreadPool中的WorkQueue任务（4000+）得不到处理
• 异步：async/await

（3）C#如何使用异步？

ThreadPool线程池分类：

• workThread：

• 适用于CPU密集型，在WinDbg中标签为 ThreadPool Worker

• IOThread：

• 适用于IO密集型，在WinDbg中标签为 ThreadPool Completion Port

HttpClient案例演示：在下面的代码中GetContentLengthAsync异步方法中的线程就用的IOThread，可以通过WinDbg验证。

namespace ConsoleApp3
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
GetContentLengthAsync("http://cnblogs.com");

        Console.WriteLine($"主线程:{Environment.CurrentManagedThreadId}, 准备退出！");  
        Console.ReadLine();  
    }

    static async Task<int> GetContentLengthAsync(string url)  
    {  
        using (HttpClient client = new HttpClient())  
        {  
            var content = await client.GetStringAsync(url);

            Console.WriteLine($"当前线程:{Environment.CurrentManagedThreadId}, content={content.Length}");

            return content.Length;  
        }  
    }  
}  

}

异步的底层：IO完成端口

（1）理解IO完成端口

异步的核心：callback机制

IO完成端口：这是一个Windows内核对象，我们常称之为IOCP。IOCP是一个异步I/O的Windows API，它可以高效地将I/O事件通知给应用程序，类似于Linux中的Epoll。因此，.NET Framework是基于IOCP来实现的异步，而.NET Core则增加了基于epoll来实现异步，因为它要支持跨平台而不只是Windows。SafeHandle：文件句柄、网络句柄…

核心步骤：

• 初始化时将SafeHandle、ThreadPool与IO完成端口进行绑定（比如：FileStream在Init时）

• （主线程）创建IO完成端口：CreateIoCompletionPort(IntPtr FileHandle, IntPtr ExistingCompletionPort, IntPtr CompletionKey, uint NumberOfConcurrentThreads)

• （主线程）将消息塞到IO完成端口的Queue队列：PostQueuedCompletionStatus

• （子线程）从IO完成端口的Queue队列中获取消息：GetQueuedCompletionStatu

（2）实现一个简单的IO完成端口

自定义一个IOCP类，代码如下：

public class IOCP
{
[DllImport("kernel32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)]
public static extern SafeFileHandle CreateIoCompletionPort(IntPtr FileHandle, IntPtr ExistingCompletionPort, IntPtr CompletionKey, uint NumberOfConcurrentThreads);

\[DllImport("kernel32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)\]  
public static extern bool GetQueuedCompletionStatus(SafeFileHandle CompletionPort,  
    out uint lpNumberOfBytesTransferred, out IntPtr lpCompletionKey,  
    out IntPtr lpOverlapped, uint dwMilliseconds);

\[DllImport("Kernel32", CharSet = CharSet.Auto)\]  
public static extern bool PostQueuedCompletionStatus(SafeFileHandle CompletionPort, uint dwNumberOfBytesTransferred, IntPtr dwCompletionKey, IntPtr lpOverlapped);  

}

调用端代码如下：

// 1. 创建IO完成端口
var safehandle = IOCP.CreateIoCompletionPort(new IntPtr(-1), IntPtr.Zero, IntPtr.Zero, 1);

var thread = new Thread(() =>
{
Console.WriteLine($"工作线程: {Environment.CurrentManagedThreadId} 开始获取数据…");
while (true)
{
// 3. get数据
IOCP.GetQueuedCompletionStatus(safehandle, out var ipn, out var ipc, out var lop, int.MaxValue);

    var receiveData = Convert.ToString(GCHandle.FromIntPtr(lop).Target);

    Console.WriteLine($"工作线程: {Environment.CurrentManagedThreadId} 获取数据成功！{receiveData}");

    Thread.Sleep(1000);  
}  

});

thread.Start();

// 2. post 数据
var data = (IntPtr)GCHandle.Alloc("hello world");

IOCP.PostQueuedCompletionStatus(safehandle, 4096, IntPtr.Zero, data);

Console.WriteLine($"主线程: {Environment.CurrentManagedThreadId} 塞入数据成功！");

Console.ReadLine();

加深对异步的理解

我们都知道 ContinueWith 主要起 延续任务的作用，写起来十分繁琐！.NET 4.5推出了语法糖async/await大大简化了异步编程的工作量。

下面展示使用ContinueWith 和 async/await 的两种方式的代码量：

///

SqlConnection connection = new SqlConnection("Server=LocalHost; Persist Security Info=False;Integrated Security=SSPI;Database= PostDB;");

var task = connection.OpenAsync().ContinueWith(t =>  
    {  
        SqlCommand command = new SqlCommand("select PostContent from Post", connection);

        return command.ExecuteReaderAsync().ContinueWith(t2 =>  
        {  
            var reader = t2.Result;

            return GetContent(reader, list).ContinueWith(t3 =>  
            {  
                return list;  
            });  
        }).Unwrap();

    }).Unwrap();

return task;  

    if (hasRow)  
    {  
        list.Add(reader.GetString(0));  //读取reader的值  
        GetContent(reader, list);  
    }

    return false;  
});  

SqlConnection connection = new SqlConnection("Server=LocalHost; Persist Security Info=False;Integrated Security=SSPI;Database= PostDB;");

await connection.OpenAsync();

SqlCommand command = new SqlCommand("select PostContent from Post", connection);

var reader = command.ExecuteReader();

while (await reader.ReadAsync())  
{  
    list.Add(reader.GetString(0));  
}

return list;