C#异步编程基础入门总结
1.前言
*.NET Framework提供了执行异步操作的三种模式:
异步编程模型(APM)模式(也称为IAsyncResult的模式),其中异步操作要求Begin和End方法(例如,BeginWrite和EndWrite异步写入操作)。这种模式不再被推荐用于新开发。有关更多信息,请参阅异步编程模型(APM)。
基于事件的异步模式(EAP),它需要一个具有Async后缀的方法,并且还需要一个或多个事件,事件处理程序委托类型和被EventArg派生类型。EAP在.NET Framework 2.0中引入。不再推荐新的开发。有关更多信息,请参阅基于事件的异步模式(EAP)。
基于任务的异步模式(TAP),它使用单一方法来表示异步操作的启动和完成。TAP在.NET Framework 4中引入,是.NET Framework中推荐的异步编程方法。C#中的async和等待关键字,Visual Basic语言中的Async和Await运算符为TAP添加语言支持。有关更多信息,请参阅基于任务的异步模式(TAP)。*
2.异步的应用场景
在计算机程序的运行中,计算是需要一定的时间的,在运算时间过长的任务时,比如上传大文件、读取文件流、数据库操作、httprequest等,如果是同步(synvronous)必须等待该任务执行完成才能继续下一个任务。使用异步(asynchronous)操作,会开启新的线程,不会等待异步操作完成才去执行后面的程序,相比异步编程优点:1.就是出现长时间处理程序时,不会卡界面,用户仍然可以操作UI界面2.提高程序运行效率,节约CPU资源,提供系统吞吐量。
3.进程和线程的关系
这个面试的时候基本上都会问到,简而言之就是:
一个程序都会有一个进程和一个线程,进程是由CPU进行调度分配资源的,有一个完整的虚拟地址空间,不依赖线程独立存在,反之线程是由进程来调度分配的,只是进程的一部分,没有自己的地址空间,与进程内的其他线程一起共享该进程的所有资源。打个简单的比方就像是线程就好比是人体的寄生虫,不能独立存在,必须依靠人(进程)的营养(资源)来生存(执行)
4.异步和多线程的区别
异步是相对同步而言的,我们知道异步是开启了新线程,但是和多线程不是一个概念,异步相当于一个人的“大脑”能够做试卷,又能够看电影,同时处理两件以上不同的事情。多线程好比多个人做不同的事情。
异步操作的本质
c#中异步和多线程的区别是什么呢?异步和多线程两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的,从而提高软件的可响应性。 所有的程序最终都会由计算机硬件来执行,无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。
线程的本质
线程不是一个计算机硬件的功能,而是操作系统提供的一种逻辑功能,线程本质上是进程中一段并发运行的代码,所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度
异步操作的优缺点
因为异步操作无须额外的线程负担,并且使用回调的方式进行处理,在设计良好的情况下,处理函数可以不必使用共享变量(即使无法完全不用,最起码可以减少 共享变量的数量),减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高,程序主要使用回调方式进行处理,与普通人的思维方式有些出入,而且难以调试。
多线程的优缺点
多线程的优点很明显,线程中的处理程序依然是顺序执行,符合普通人的思维习惯,所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显,线程的使用(滥用)会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。
适用范围
当需要执行I/O操作时,使用异步操作比使用线程+同步 I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写,还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨进程的调用。
而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合,例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往往由于使用线程编程的简单和符合习惯,所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅,如果需要处理大量的并发操作时就不合适了。
5.C#异步方式之一( BeginInvoke、EndInvoke方法)
方式1:使用回调方法完成异步委托
先来看个例子,委托的异步调用,这个例子首先定义一个string类型的返回值、string类型的参数的委托。虽然这中模式不推荐被使用。
class Program
{
delegate string SayHi(string name);//定义委托
static void Main(string[] args)
{
SayHi sayhi = new SayHi(SayHiName);//实例化委托
sayhi("科比");//一般的直接调用
sayhi.Invoke("张林");//使用Invoke方法同步调用
//异步调用
sayhi.BeginInvoke("杜兰特", (IAsyncResult ar) =>
{
sayhi.EndInvoke(ar);
Console.WriteLine("打招呼成功结束");
}, null);
}
public static string SayHiName(string name)
{
return "how are you"+name + "?";
}
}
前两种调用委托的方式都是同步的,BeginInvoke方法的返回值是IAsyncResult类型的
该方法的参数由两部分组成,前面(n)个参数是委托的参数,倒数第二个参数也表示一个委托,该委托是.net系统定义的委托(和func、action类似),查看AsyncCallback的定义如图:
作用就是:作为执行调用的回调方法,值得注意的是,在回调方法中,必须调用EndInvoke方法结束异步调用,EndInvoke是获取异步调用的结果
上面的例子调试的结果如图:
方式2:使用轮询
我们把BeginInvoke的委托参数为null,使用轮询的方式
Func<string, string> func = delegate (string name)
{
Thread.Sleep(2000); return "how are you" + name + "";
};
IAsyncResult ar = func.BeginInvoke("张林",null,null);
int i = 1;
while (!ar.IsCompleted)
{
Console.WriteLine(200*i);
i++;
Thread.Sleep(200);
}
string result = func.EndInvoke(ar);
Console.WriteLine(result);
结果如图:
6.C#异步方式之二 await async
async和await是一对关键字,它是.net 4.5的特性。在实际工作中使用方便灵活,主要原因就是可以像写同步方法那样去异步编程,代码结构清晰,不用关心如何实现异步的编程。
这里其实要注意的是,之前刚说了异步是开启新的线程来实现的,但是await 和async两个关键字并没有开启新的线程,为了证明这一点,下面建了一个winform的程序,异步获取图片并显示到picturebox上。
public Form1()
{
InitializeComponent();
this.label1.Text = "主线程Id:"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
} private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
string imageUrl = "https://ss0.baidu.com/6ONWsjip0QIZ8tyhnq/it/u=3850265187,1181041963&fm=173&s=62E19A4722716A371EB097FB03009015&w=218&h=146&img.JPEG";
HttpClient client = new HttpClient();
var response =await client.GetAsync(imageUrl);
if (response.StatusCode == System.Net.HttpStatusCode.OK)
{
var stream =await response.Content.ReadAsStreamAsync();
Image image = Bitmap.FromStream(stream,true);
this.label2.Text = "线程Id:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
this.pictureBox1.BackgroundImage = image;
}
}
其实不用看图就已经知道答案了,程序运行时不报异常,就已经说明一点:await async两个关键根本创建新的线程。这个涉及到异步更新UI到主线程,就不多说了。
结果如图:
async await方法的使用说明:
- 返回类型: void 、Task、Task<泛型类型>
- async、await不会创建新的线程,实现等待的效果,必须同时使用
- 使用该方法的方法主体也要用async关键字
异步方法事例:
private static async Task<int> GetValueAsync(int a)
{
//Task.run 开启了新的线程
await Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(2000); //模拟耗时
Console.WriteLine("GetValueAsync方法结束,线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return a * a;
});
Console.WriteLine("线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId+"异步方法结束");
return a * a;
}
调用异步方法:
private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
int result =await GetValueAsync(5);
this.label1.Text = "异步计算的结果" + result + "线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
}
7.C#异步方式之三 浅谈Task
前面刚刚了解到async await是.net 4.5出的特性,Task是.net4.0新出的特性,用来处理异步编程的,其实我们要知道真正实现的异步操作还是Task新增线程来实现的,但是不代表说开一个Task,就开一个线程,有可能是几个Task在一个线程上运行的,他们并不是一一对应的关系,充分利用线程,下面的事例就已经能够说明这一点
Task创建
Task创建有两种方式一种通过任务工厂赋值立即运行,一种是直接实例化。下面这个例子创建了10个Task
static void Main(string[] args)
{
//启用线程池中的线程异步执行
Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task1启动...线程ID:"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task2启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
//new 实例化启动
Task t3 = new Task(() =>
{
Console.WriteLine("Task3启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
t3.Start();
Task t4 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task4启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Task t5 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task5启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Task t6 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task6启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Task t7 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task7启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Task t8 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task8启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Task t9 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task9启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Task t10 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task10启动...线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Console.ReadLine();
}
创建的10个Task,我们从结果中也证明了Task和线程并不是一一对应的关系,结果如图:
Task构造函数
Task状态
我们创建一个task,调用他的Start、Wait方法
static void Main(string[] args)
{
var task = new Task(()=> {
Console.WriteLine("Task创建成功");
});
Console.WriteLine("task未开始:"+task.Status);
task.Start();
Console.WriteLine("task已经开始:"+task.Status);
task.Wait();
Console.WriteLine("task已经等待:"+task.Status);
}
结果如图:
我们从图中可以知道,Task的生命周期如下:
Created:在已经实例化未Start之前的状态
WaittingToRun:表示等待分配线程给Task执行
RanToCompletion:任务执行完毕
Task等待任务结果
1.Task.WaitAll从这个字面意思就知道等待所有任务执行完成,和上面例子Wait方法等待一个任务执行完成很相似,我们来看一个代码:
var task1 = new Task(() =>
{
System.Threading.Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine("task1Created");
});
var task2 = new Task(() =>
{
System.Threading.Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine("task2Created");
});
task1.Start();
task2.Start();
Task.WaitAll(task1, task2);
Console.WriteLine("所有任务执行完!");
Console.Read();
结果输出:
task1Created
task2Created
所有任务执行完
除了WaitAll方法还有这些常用的方法
- Task.WaitAny:等待任何一个任务向下执行
- Task.ContinueWith等待第一个Task完成自动启动,触发下一个Task,也就是当做任务完成时触发的回调方法
- Task.GetAwaiter().OnCompleted(Action action) :GetAwaiter 方法获取任务的等待者,调用OnCompleted事件,任务完成时触发
Task任务取消
static void Main(string[] args)
{
var source = new CancellationTokenSource();
var token = source.Token;
Task t1 = Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(2000);
if (token.IsCancellationRequested)
{
Console.WriteLine("任务已取消");
}
Thread.Sleep(1000);
},token);
Console.WriteLine(t1.Status);
//取消任务
source.Cancel();
Console.WriteLine(t1.Status);
Console.ReadLine();
}
结果如图:
本文来自 张林blog 的CSDN 博客 ,全文地址请点击:https://blog.csdn.net/kebi007/article/details/76899078?utm_source=copy
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