聊一聊C# 8.0中的await foreach
AsyncStreamsInCShaper8.0
很开心今天能与大家一起聊聊C# 8.0中的新特性-Async Streams,一般人通常看到这个词表情是这样.
简单说,其实就是C# 8.0中支持await foreach.
或者说,C# 8.0中支持异步返回枚举类型async Task<IEnumerable<T>>.
好吧,还不懂?Good,这篇文章就是为你写的,看完这篇文章,你就能明白它的神奇之处了.
为什么写这篇文章
Async Streams这个功能已经发布很久了,在去年的Build 2018 The future of C#就有演示,最近VS 2019发布,在该版本的Release Notes中,我再次看到了这个新特性,因为对异步编程不太熟悉,所以借着这个机会,学习新特性的同时,把异步编程重温一遍.
本文内容,参考了Bassam Alugili在InfoQ中发表的Async Streams in C# 8,撰写本博客前我已联系上该作者并得到他支持.
Async / Await
C# 5 引入了 Async/Await，用以提高用户界面响应能力和对 Web 资源的访问能力。换句话说，异步方法用于执行不阻塞线程并返回一个标量结果的异步操作。
微软多次尝试简化异步操作，因为 Async/Await 模式易于理解，所以在开发人员当中获得了良好的认可。
详见The Task asynchronous programming model in C#
常规示例
要了解问什么需要Async Streams,我们先来看看这样的一个示例,求出5以内的整数的和.
static int SumFromOneToCount(int count)
{
ConsoleExt.WriteLine("SumFromOneToCount called!");
var sum = 0;
for (var i = 0; i <= count; i++)
{
sum = sum + i;
}
return sum;
}
调用方法.
static void Main(string[] args)
{
const int count = 5;
ConsoleExt.WriteLine($"Starting the application with count: {count}!");
ConsoleExt.WriteLine("Classic sum starting.");
ConsoleExt.WriteLine($"Classic sum result: {SumFromOneToCount(count)}");
ConsoleExt.WriteLine("Classic sum completed.");
ConsoleExt.WriteLine("################################################");
}
输出结果.
可以看到,整个过程就一个线程Id为1的线程自上而下执行,这是最基础的做法.
Yield Return
接下来,我们使用yield运算符使得这个方法编程延迟加载,如下所示.
static IEnumerable<int> SumFromOneToCountYield(int count)
{
ConsoleExt.WriteLine("SumFromOneToCountYield called!");
var sum = 0;
for (var i = 0; i <= count; i++)
{
sum = sum + i;
yield return sum;
}
}
主函数
static void Main(string[] args)
{
const int count = 5;
ConsoleExt.WriteLine("Sum with yield starting.");
foreach (var i in SumFromOneToCountYield(count))
{
ConsoleExt.WriteLine($"Yield sum: {i}");
}
ConsoleExt.WriteLine("Sum with yield completed.");
ConsoleExt.WriteLine("################################################");
ConsoleExt.WriteLine(Environment.NewLine);
}
运行结果如下.
正如你在输出窗口中看到的那样，结果被分成几个部分返回，而不是作为一个值返回。以上显示的累积结果被称为惰性枚举。但是，仍然存在一个问题，即 sum 方法阻塞了代码的执行。如果你查看线程ID，可以看到所有东西都在主线程1中运行,这显然不完美,继续改造.
Async Return
我们试着将async用于SumFromOneToCount方法(没有yield关键字).
static async Task<int> SumFromOneToCountAsync(int count)
{
ConsoleExt.WriteLine("SumFromOneToCountAsync called!");
var result = await Task.Run(() =>
{
var sum = 0;
for (var i = 0; i <= count; i++)
{
sum = sum + i;
}
return sum;
});
return result;
}
主函数.
static async Task Main(string[] args)
{
const int count = 5;
ConsoleExt.WriteLine("async example starting.");
// Sum runs asynchronously! Not enough. We need sum to be async with lazy behavior.
var result = await SumFromOneToCountAsync(count);
ConsoleExt.WriteLine("async Result: " + result);
ConsoleExt.WriteLine("async completed.");
ConsoleExt.WriteLine("################################################");
ConsoleExt.WriteLine(Environment.NewLine);
}
运行结果.
我们可以看到计算过程是在另一个线程中运行，但结果仍然是作为一个值返回！任然不完美.
如果我们想把惰性枚举（yield return）与异步方法结合起来,即返回Task<IEnumerable
Task<IEnumerable>
我们根据假设把代码改造一遍,使用Task<IEnumerable<T>>来进行计算.
可以看到,直接出现错误.
IAsyncEnumerable
其实,在C# 8.0中Task<IEnumerable
public interface IAsyncEnumerable<out T>
{
IAsyncEnumerator<T> GetAsyncEnumerator();
}
public interface IAsyncEnumerator<out T> : IAsyncDisposable
{
Task<bool> MoveNextAsync();
T Current { get; }
}
// Async Streams Feature 可以被异步销毁
public interface IAsyncDisposable
{
Task DiskposeAsync();
}
AsyncStream
下面,我们就来见识一下AsyncStrema的威力,我们使用IAsyncEnumerable来对函数进行改造,如下.
static async Task ConsumeAsyncSumSeqeunc(IAsyncEnumerable<int> sequence)
{
ConsoleExt.WriteLineAsync("ConsumeAsyncSumSeqeunc Called");
await foreach (var value in sequence)
{
ConsoleExt.WriteLineAsync($"Consuming the value: {value}");
// simulate some delay!
await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1));
};
}
private static async IAsyncEnumerable<int> ProduceAsyncSumSeqeunc(int count)
{
ConsoleExt.WriteLineAsync("ProduceAsyncSumSeqeunc Called");
var sum = 0;
for (var i = 0; i <= count; i++)
{
sum = sum + i;
// simulate some delay!
await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
yield return sum;
}
}
主函数.
static async Task Main(string[] args)
{
const int count = 5;
ConsoleExt.WriteLine("Starting Async Streams Demo!");
// Start a new task. Used to produce async sequence of data!
IAsyncEnumerable<int> pullBasedAsyncSequence = ProduceAsyncSumSeqeunc(count);
// Start another task; Used to consume the async data sequence!
var consumingTask = Task.Run(() => ConsumeAsyncSumSeqeunc(pullBasedAsyncSequence));
await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(3));
ConsoleExt.WriteLineAsync("X#X#X#X#X#X#X#X#X#X# Doing some other work X#X#X#X#X#X#X#X#X#X#");
// Just for demo! Wait until the task is finished!
await consumingTask;
ConsoleExt.WriteLineAsync("Async Streams Demo Done!");
}
如果一切顺利,那么就能看到这样的运行结果了.
最后,看到这就是我们想要的结果,在枚举的基础上,进行了异步迭代.
可以看到,整个计算过程并没有造成主线程的阻塞,其中,值得重点关注的是红色方框区域的线程5!线程5!线程5!线程5在请求下一个结果后,并没有等待结果返回,而是去了Main()函数中做了别的事情,等待请求的结果返回后,线程5又接着执行foreach中任务.
Client/Server的异步拉取
如果还没有理解Async Streams的好处,那么我借助客户端 / 服务器端架构是演示这一功能优势的绝佳方法。
同步调用
客户端向服务器端发送请求，客户端必须等待（客户端被阻塞），直到服务器端做出响应.
示例中Yield Return就是以这种方式执行的,所以整个过程只有一个线程即线程1在处理.
异步调用
客户端发出数据块请求，然后继续执行其他操作。一旦数据块到达，客户端就处理接收到的数据块并询问下一个数据块，依此类推，直到达到最后一个数据块为止。这正是 Async Streams 想法的来源。
最后一个示例就是以这种方式执行的,线程5询问下一个数据后并没有等待结果返回,而是去做了Main()函数中的别的事情,数据到达后,线程5又继续处理foreach中的任务.
Tips
如果你使用的是.net core 2.2及以下版本,会遇到这样的报错.
需要安装.net core 3.0 preview的SDK(截至至博客撰写日期4月9日,.net core SDK最新版本为3.0.100-preview3-010431),安装好SDK后,如果你是VS 2019正式版,可能无法选择.net core 3.0,vs 2019 正式版默认情况下没有开启对预览版.net core 3.0 的支持.
根据网友补充,需要在VS 2019正式版本中需要开启使用 .Net core SDK 预览版,才能创建3.0的项目.
工具 > 选项 > 项目和解决方案 > .Net Core > 使用 .Net core SDK 预览版
总结
我们已经讨论过 Async Streams，它是一种出色的异步拉取技术，可用于进行生成多个值的异步计算。
Async Streams 背后的编程概念是异步拉取模型。我们请求获取序列的下一个元素，并最终得到答复。Async Streams 提供了一种处理异步数据源的绝佳方法，希望对大家能够有所帮助。
文章中涉及的所有代码已保存在我的GitHub中,请尽情享用!
https://github.com/liuzhenyulive/AsyncStreamsInCShaper8.0
致谢
之前一直感觉国外的大师级开发者遥不可及甚至高高在上,在遇到Bassam Alugili之后,我才真正感受到技术交流没有高低贵贱,正如他对我说的 The most important thing in this world is sharing the knowledge!
Thank you,I will keep going!!
参考文献: Async Streams in C# 8 https://www.infoq.com/articles/Async-Streams
