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《C#并发编程经典实例》学习笔记—异步编程关键字 Async和Await

程序员文章站 2022-06-10 13:10:23
C 5.0 推出async和await,最早是.NET Framework 4.5引入,可以在Visual Studio 2012使用。在此之前的异步编程实现难度较高,async使异步编程的实现变得简便。 各平台对async的支持情况 |平台|async| | | | |.NET 4.5及以上|& ......

c# 5.0 推出async和await,最早是.net framework 4.5引入,可以在visual studio 2012使用。在此之前的异步编程实现难度较高,async使异步编程的实现变得简便。

各平台对async的支持情况

平台 async
.net 4.5及以上
.net 4.0 nuget
mono ios/droid
windows store
windows phone apps 8.1
windows phone sl 8.0
windows phone sl 7.1 nuget
silverlight 5 nuget

在不支持的平台,安装nuget包 microsoft.bcl.async

使用 async 修饰符可将方法、lambda 表达式或匿名方法指定为异步。

async 对方法做了什么处理

从使用async修饰符修饰的方法的il代码可以得出一个结论:

  • 在debug下,针对async方法,生成的是一个class状态机
  • 在release下,针对async方法,生成的是一个struct状态机

举例:
c#代码如下

using system.threading.tasks;

namespace consoleapp3
{
    public class test
    {
        public async task testasync()
        {
            await getasync();
        }

        public async task getasync()
        {
            await task.delay(1);
        }
    }
}

以testasync方法为准

release下 初始化状态机v_0 ,类型是值类型struct(valuetype),类型名称为<testasync>d__0

    .locals init (
      [0] valuetype consoleapp3.test/'<testasync>d__0' v_0,
      [1] valuetype [mscorlib]system.runtime.compilerservices.asynctaskmethodbuilder v_1
    )

<testasync>d__0 继承值类型[mscorlib]system.valuetype

.class nested private sealed auto ansi beforefieldinit 
    '<testasync>d__0'
      extends [mscorlib]system.valuetype
      implements [mscorlib]system.runtime.compilerservices.iasyncstatemachine

debug 下 初始化状态机v_0 ,类型是引用类型class(class) ,类型名称为<testasync>d__0

    .locals init (
      [0] class consoleapp3.test/'<testasync>d__0' v_0,
      [1] valuetype [mscorlib]system.runtime.compilerservices.asynctaskmethodbuilder v_1
    )

<testasync>d__0 继承引用类型[mscorlib]system.object

  .class nested private sealed auto ansi beforefieldinit 
    '<testasync>d__0'
      extends [mscorlib]system.object
      implements [mscorlib]system.runtime.compilerservices.iasyncstatemachine

异步方法的定义和注意事项

使用 async 关键字定义的异步方法简称为“异步方法”。

注意事项:

  • 如果 async 关键字修改的方法不包含 await 表达式或语句,则该方法将同步执行。 编译器警告将通知你不包含 await 语句的任何异步方法,因为该情况可能表示存在错误。 请参阅编译器警告(等级 1)cs4014
  • async 关键字是上下文关键字,原因在于只有当它修饰方法、lambda 表达式或匿名方法时,它才是关键字。 在所有其他上下文中,都会将其解释为标识符。
  • 不要用 void 作为 async 方法的返回类型! async 方法可以返回 void ,但是这仅限于编写事件处理程序。一个普通的 async 方法如果没有返回值,要返回task ,而不是 void
  • 一定要避免使用task.waittask<t>.result 方法,因为它们会导致死锁。如果使用了 async ,最好就一直使用它。
  • 异步方法的参数不能使用outrefoutref 返回的数据应借用task<tresult> 返回,可以使用元组或自定义数据结构。

异步方法的特征

  • 方法签名包含 async 修饰符。
  • 按照约定,异步方法的名称以“async”后缀结尾。
  • 返回类型为下列类型之一:
    • 如果你的方法有操作数为 tresult 类型的返回语句,则为 task<tresult>
    • 如果你的方法没有返回语句或具有没有操作数的返回语句,则为 task
    • void:如果要编写异步事件处理程序。
    • 包含 getawaiter 方法的其他任何类型(自 c# 7.0 起)。
  • 方法通常包含至少一个 await 表达式,该表达式标记一个点,在该点上,直到等待的异步操作完成方法才能继续。 同时,将方法挂起,并且控制返回到方法的调用方。

关于async和await具体的执行流程,方法何时挂起和释放,请参考异步程序中的控制流 (c#)

异步返回类型

上面提到 void 作为返回结果,适用于事件处理程序。
举例:

using system;
using system.threading.tasks;

namespace consoleapp3
{
    public class testvoidasync
    {
        private event eventhandler<eventargs> dotest;

        public testvoidasync()
        {
            dotest += dotestevent;
        }

        private static async void dotestevent(object sender, eventargs e)
        {
            await task.delay(1000);
        }

        protected virtual void ondotest()
        {
            dotest?.invoke(this, eventargs.empty);
        }
    }
}

void 作为返回结果存在一个弊端:无法捕获异常。

返回 void 的异步方法的调用方无法捕获从该方法引发的异常,且此类未经处理的异常可能会导致应用程序故障。 如果返回 tasktask<tresult> 的异步方法中出现异常,此异常将存储于返回的任务中,并在等待该任务时再次引发。

通用的异步返回类型:

从 c# 7.0 开始,异步方法可返回任何具有可访问的 getawaiter 方法的类型。

valuetask<tresult>

task 和 task<tresult> 是引用类型,因此,性能关键路径中的内存分配会对性能产生负面影响,尤其当分配出现在紧凑循环中时。 支持通用返回类型意味着可返回轻量值类型(而不是引用类型),从而避免额外的内存分配。

使用valuetask<tresult>,需要添加nuget包 system.threading.tasks.extensions

valuetask<tresult> 是struct值类型,task 和 task<tresult> 是class引用类型

异步操作的生命周期

task 类提供了异步操作的生命周期,且该周期由 taskstatus 枚举表示。

状态 执行顺序 备注
created 0 该任务已初始化,但尚未安排。
waitingforactivation 1 该任务正在等待被.net framework infrastructure 内部激活和调度。
waitingtorun 2 该任务已安排执行但尚未开始执行。
running 3 任务正在运行但尚未完成。
waitingforchildrentocomplete 4 任务已完成执行,并隐式等待附加的子任务完成。
rantocompletion 5 任务已成功完成执行。
canceled 6 引发 operationcanceledexception 异常,或者在任务开始执行之前取消
faulted 7 由于未处理的异常,任务已完成。

canceled 和 faulted状态都会因为任务异常导致转换为该状态。二者的区别如下:

如果标记的 iscancellationrequested 属性返回 false,或者异常的标记与任务的标记不匹配,则会将 operationcanceledexception 按照普通的异常来处理,从而导致任务转换为 faulted 状态。 另外还要注意,其他异常的存在将也会导致任务转换为 faulted 状态。 您可以在 status 属性中获取已完成任务的状态。

参考文章: