本文介绍异步编程的基本思想和语法。在程序处理里,程序基本上有两种处理方式:同步和异步。对于有些新手,甚至认为“同步”是同时进行的意思,这显然是错误的。
同步的基本意思是:程序一个个执行方法,或者说在方法调用上,fun1(), fun2(), fun3(),fun4().. 按顺序调用,而异步的意思是:方法不是按顺序执行,可能fun2执行的时间比较长
那就先执行fun3,fun4。等执行完了fun2 在执行后面的fun1,fun6,fun7…, 很显然,异步编程比同步编程复杂很多,因为他涉及到线程的同步。
注意:对于单核CPU来说,任一时刻只能执行一条指令,对于这种微观观点,我们不用太过于深究,因为操作系统会帮助我们调度。换句话说,我们一边打印word文档,一边听歌,一边写字
虽然我们感觉是“同时”进行的,但是其实是CPU是在后台不停的帮助我们切换进程,只是CPU切换的速度太快了,让我们感觉我们是在“同时”做很多件事。
(一)基本异步示例
下面代码演示了一个基本上异步程序:(程序使用VS2022+.NET 7.0 开发的)
(1)HandleFileAsync() 表示这是一个异步的方法,方法名称前有一个 await 关键字。
作为一个约定,方法总是以Async结尾,这样,使用者看到这个方法就知道了这是一个异步方法,这仅仅是方法名称的一个约定,不加Async不影响使用。
(2)在HandleFileAsync 方法里,模拟执行一些费时的操作。
(3)在HandleFileAsync 执行期间,不会阻塞主线程,现在输入字符串 123 ,系统会显示出入的结果。
(4)在异步方法执行完毕后,返回主线程,输出计数的结果。
using System;
using System.IO;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
public static void Main()
{
// Part 1: 开始处理大文件文件
Task
// 在文件处理前,把控制权交给控制台
// 让用户输入一些文字
Console.WriteLine("请耐心等待,系统正在处理文件," +" 但是此时,你可以输入一些字母,回车后显示");
// 在文件处理时,同时读取你的输入
string line = Console.ReadLine();
Console.WriteLine("你刚刚输入的是: " + line);
// Part 3: 等候处理结果
// 显示处理结果
task.Wait();
var x = task.Result;
Console.WriteLine("计数: " + x);
Console.WriteLine("程序运行完毕!");
Console.ReadLine();
}
static async Task<int> HandleFileAsync()
{
string file = @"C:\\qmx\\token.txt";
// Part 2: 下面开始处理大文件
Console.WriteLine("文件处理开始");
int count = 0;
// 读取文件
using (StreamReader reader = new StreamReader(file))
{
string v = await reader.ReadToEndAsync();
// 处理数据
count += v.Length;
// 这里是模拟代码,并没有实际的意义, 让程序执行1000万次,
// 纯粹是模拟这是一个耗时的操作
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{
int x = v.GetHashCode();
if (x == 0)
{
count--;
}
}
}
Console.WriteLine("文件处理结束");
return count;
}
}
下面显示的是运行结果
当然上面后面的代码可以简写为 var x =await task.Result;
(二)线程阻塞(死锁)
在上面方法里,必须小心的调用 Wait方法,因为处理不好,很容易发生任务阻塞。 Stephen Cleary 曾经给了一个典型的例子:见
https://blog.stephencleary.com/2012/07/dont-block-on-async-code.html
想象一下,我们有一个winForm应用程序,里面有一个Button,在Button的点击事件里,我们调用 HttpClient 的 GetStringAsync 方法获取返回的JSON字符串,然后把字符串显示在文本框里。
为此,我们编写了如下代码:
// Button的点击事件
public void Button1_Click(…)
{
//获取Web返回的字符串
var jsonTask = GetJsonAsync(…);
//把字符串显示在文本框里
textBox1.Text = jsonTask.Result;
}
public static async Task
{
// 调用 HttpClient 的 GetStringAsync 方法获取JSON
using (var client = new HttpClient())
{
var jsonString = await client.GetStringAsync(uri);
return JObject.Parse(jsonString);
}
}
现在你运行上面的代码,当你点击按钮时,你会发现程序没有出现你所想要的结果:因为程序被卡死了,根本无法进行其他操作。
除了终止应用程序,你别无选择。为什么会发生什么死锁现象呢?
为了让通俗解释死锁看下面一个例子:假设我们有一把蓝钥匙,可以打开一扇蓝色门;以及一把红钥匙,可以打开一扇红色门。两把钥匙被保存在一个皮箱里。同时我们定义六种行为:获取蓝钥匙,打开蓝色门,归还蓝钥匙,获取红钥匙,打开红色门,归还红钥匙。如下图:你可以把6个行为理解为函数里6个方法 (以下内容改写自知乎)
如果是同步编程,方法一个个调用,没有问题
但是,当异步调动时,每个方法顺序就不那么确定了,就可能出现如下这个情况
可以看到,当两个线程都运行到第三步的时候,线程A在等线程B归还红钥匙,线程B在等线程A归还蓝钥匙,因而两个线程都永远卡在那里无法前进。
这就是形成了死锁。
理解了上面的死锁,回头再来看为什么winForm里产生了死锁,主线程调用异步方法返回的结果,被告知方法未完成,因此主线程在等待方法完成。
当异步方法完成后,把自己状态告知主线程已经Compled时,但是主线程一直在繁忙状态,他在等待任务完成,因此,发生了死锁。
这告诉我们在异步编程时,要特别需要注意死锁的问题。作为一个简单的解决方法:只要加一个await 异步就可以了
public async void Button1_Click(…)
{
var json = await GetJsonAsync(…);
textBox1.Text = json;
}
这也就是大家常说“一路异到底”。(不要在同步方法里调用异步方法,要异步调用异步,一路异到底)
(三)ContinueWith
在现实世界里,经常会发生在一个方法完成之后,在进行下一个方法的调用,
例如,在Button 事件里 (1)异步从网络获取HTML源代码。 (2)把源代码写入 C:\File.txt 里
这就需要第二步骤需要在第一步完成之后运行,此时需要用到ContinueWith 方法。
下面的代码简单演示了 ContinueWith (其实,ContinueWith 这个方法的名字就已经很好的解释了他的作用)
using System;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
static void Main()
{
//调用10次异步方法
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Run2Methods(i);
}
//所有调用都是异步
Console.ReadLine();
}
static async void Run2Methods(int count)
{
// 在调动完后,调用 ContinueWith 继续操作
int result = await Task.Run(() => GetSum(count))
.ContinueWith(task => MultiplyNegative1(task));
Console.WriteLine("Run2Methods 结果: " + result);
}
static int GetSum(int count)
{
//这里模拟一些额外操作
int sum = 0;
for (int z = 0; z < count; z++)
{
sum += (int)Math.Pow(z, 2);
}
return sum;
}
static int MultiplyNegative1(Task<int> task)
{
// 这里模拟对数字取其相反数
return task.Result \* -1;
}
}
下面显示了运行结果
上面简单的介绍了异步编程。
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