《C#并发编程经典实例》学习笔记—异步编程关键字 Async和Await
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.Wait或Task<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
out，ref。out或ref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）。
- 如果你的方法有操作数为
- 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
Task或Task<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：
