C#线程学习笔记九：async & await入门二

一、异步方法返回类型

• 只能返回3种类型（void、Task和Task<T>）。

1）void返回类型：调用方法执行异步方法，但又不需要做进一步的交互。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之void返回类型
            AddAsync(1, 2);
            Thread.Sleep(1000);
            Console.WriteLine("AddAsync方法执行完成。");
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 加法
        /// </summary>
        /// <param name="n"></param>
        /// <param name="m"></param>
        /// <returns></returns>
        private static int Add(int n, int m)
        {
            return n + m;
        }

        /// <summary>
        /// 异步加法
        /// </summary>
        /// <param name="n"></param>
        /// <param name="m"></param>
        private static async void AddAsync(int n, int m)
        {
            int val = await Task.Run(() => Add(n, m));
            Console.WriteLine($"Result: {val}");
        }
    }

运行结果如下：

2）Task返回类型：调用方法不需要从异步方法中取返回值，但是希望检查异步方法的状态，那么可以选择可以返回Task类型的对象。不过，就算异步方法中包含return语句，也不会返回任何东西。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之Task返回类型
            Task task = TaskAddAsync(1, 2);
            task.Wait();
            Console.WriteLine("TaskAddAsync方法执行完成。");
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 加法
        /// </summary>
        /// <param name="n"></param>
        /// <param name="m"></param>
        /// <returns></returns>
        private static int Add(int n, int m)
        {
            return n + m;
        }

        /// <summary>
        /// 异步加法
        /// </summary>
        /// <param name="n"></param>
        /// <param name="m"></param>
        /// <returns></returns>
        private static async Task TaskAddAsync(int n, int m)
        {
            int val = await Task.Run(() => Add(n, m));
            Console.WriteLine($"Result: {val}");
        }
    }

运行结果如下：

3）Task<T>返回类型：调用方法要从调用中获取一个T类型的值，异步方法的返回类型就必须是Task<T>。调用方法从Task的Result属性获取的就是T类型的值。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之Task<T>返回类型
            Task<int> task = TaskTAddAsync(1, 2);
            task.Wait();
            Console.WriteLine($"Result: {task.Result}");
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 加法
        /// </summary>
        /// <param name="n"></param>
        /// <param name="m"></param>
        /// <returns></returns>
        private static int Add(int n, int m)
        {
            return n + m;
        }

        /// <summary>
        /// 异步加法
        /// </summary>
        /// <param name="n"></param>
        /// <param name="m"></param>
        /// <returns></returns>
        private static async Task<int> TaskTAddAsync(int n, int m)
        {
            int val = await Task.Run(() => Add(n, m));
            return val;
        }
    }

运行结果如下：

二、异步方法控制流

 

异步方法的控制流：

1）异步执行await表达式的空闲任务。

2）await表达式执行完毕并释放线程，然后从线程池中申请新的线程继续执行表达式后续部分。如再遇到await表达式，按相同情况进行处理。

3）到达末尾或遇到return语句时，根据返回类型可以分三种情况：

    • void：退出控制流。

    • Task：设置Task的属性并退出。

    • Task<T>：设置Task的属性和返回值(Result属性)并退出。

4）调用方法将继续执行。需要注意的是：若调用方法需要用到异步方法结果的时候，会暂停等到Task对象的Result属性被赋值后才会继续执行。

【难点】

1）第一次遇到await所返回对象的类型，是同步方法头的返回类型，跟await表达式的返回值没有关系。

2）到达异步方法的末尾或遇到return语句，它并没有真正的返回一个值，而是退出了该方法。

三、异步方法await表达式

在大多数的时候，await一般和Task一起使用，用await表达式来指定一个异步执行的任务，以实现更高的灵活性和效率。

可以用于await运算符的对象要求如下：

1）有一个GetAwaiter()方法或扩展方法，它返回一个实现了INotifyCompletion接口的awaiter对象（或结构）

2）返回的awaiter对象（或结构）要求实现如下方法：

    • void OnCompleted(Action continuation)

    • bool IsCompleted { get ; }

    • TResult GetResult() //TResult也可以是void类型

下面简单的介绍一下await运算符是如何实现异步操作的？

例如，对于如下代码

var j = await 3;

DoContinue(j);

在编译的时候会被编译器翻译为类似如下流程的代码（注：这个只是功能类似的简化流程示例，实际并非如此）。

var awaiter = 3.GetAwaiter();
var continuation = new Action(() =>
    {
        var j = awaiter.GetResult();
        DoContinue(j);
    });

if (awaiter.IsCompleted)
    continuation();
else
    awaiter.OnCompleted(continuation);

有了这个基础，我们就可以对一个int型的变量实现await操作了：

    /// <summary>
    /// MyAwaiter类
    /// </summary>
    class MyAwaiter : System.Runtime.CompilerServices.INotifyCompletion
    {
        public bool IsCompleted { get { return false; } }

        public void OnCompleted(Action continuation)
        {
            Console.WriteLine("OnCompleted");
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ =>
            {
                Thread.Sleep(1000);
                result = 300;
                continuation();
            });
        }

        int result;
        public int GetResult()
        {
            Console.WriteLine("GetResult");
            return result;
        }
    }

    /// <summary>
    /// MyAwaiter类扩展
    /// </summary>
    static class MyAwaiterExtend
    {
        public static MyAwaiter GetAwaiter(this int i)
        {
            return new MyAwaiter();
        }
    }

    class Program
    {        
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之await如何实现异步
            AwaitAchieveAsync();
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// AwaitAchieveAsync异步方法
        /// </summary>
        public static async void AwaitAchieveAsync()
        {
            var j = await 3;
            Console.WriteLine(j);
        }
    }

运行结果如下：

这样我们就能看出await是如何实现call/cc式的异步操作了：

1）编译器把后续操作封装为一个Action对象continuation，传入awaiter的OnCompleted函数并执行。

2）awaiter在OnCompleted函数中执行异步操作，并在异步操作完成后（一般是异步调用的回调函数）执行continuation操作。

3）continuation操作的第一步就是调用awaiter.GetResult()获取异步操作的返回值，并继续执行后续操作。

看到这里，相信大家对await的机制已经有了简单的认识，也就不难理解为什么AsyncTargetingPack能使得.NET 4.0程序也支持await操作了——该库在AsyncCompatLibExtensions类中对Task类提供了GetAwaiter扩展函数而已。

以上是通过创建自己的awaitable类型来演示await实现异步的过程，实际上，你并不需要构建自己的awaitable类型，只需要使用Task类即可。每一个任务都是awaitable类的实例。

下面代码演示使用Task.Run()来创建一个Task。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之使用Task.Run创建Task
            var task = GetGuidAsync();
            task.Wait();
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 获取 Guid
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private static Guid GetGuid()
        {
            return Guid.NewGuid();
        }

        /// <summary>
        /// 异步获取Guid
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private static async Task GetGuidAsync()
        {
            var myFunc = new Func<Guid>(GetGuid);
            var t1 = await Task.Run(myFunc);
            var t2 = await Task.Run(new Func<Guid>(GetGuid));
            var t3 = await Task.Run(() => GetGuid());
            var t4 = await Task.Run(() => Guid.NewGuid());

            Console.WriteLine($"t1: {t1}");
            Console.WriteLine($"t2: {t2}");
            Console.WriteLine($"t3: {t3}");
            Console.WriteLine($"t4: {t4}");
        }
    }

上面4个Task.Run() 都是采用了Task.Run(Func<TResult> func) 形式来直接或间接调用Guid.NewGuid()。

运行结果如下：

Task.Run()支持4种不同的委托类型：Action、Func<TResult>、Func<Task> 和 Func<Task<TResult>>

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之使用Task.Run支持的4种委托类型
            var task = GetGuidFrom4Async();
            task.Wait();
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 获取 Guid
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private static Guid GetGuid()
        {
            return Guid.NewGuid();
        }

        /// <summary>
        /// 异步获取Guid(Task.Run支持的4种委托类型)
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private static async Task GetGuidFrom4Async()
        {
            await Task.Run(() => { Console.WriteLine(Guid.NewGuid()); });                   //Action
            Console.WriteLine(await Task.Run(() => Guid.NewGuid()));                        //Func<TResult>
            await Task.Run(() => Task.Run(() => { Console.WriteLine(Guid.NewGuid()); }));   //Func<Task>
            Console.WriteLine(await Task.Run(() => Task.Run(() => Guid.NewGuid())));        //Func<Task<TResult>>
        }

运行结果如下：

四、异步方法暂停

Task.Delay() 与Thread.Sleep不同的是，它不会阻塞线程，意味着线程可以继续处理其它工作。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之异步方法暂停
            Console.WriteLine($"{nameof(Main)} start.");
            DoAsync();
            Console.WriteLine($"{nameof(Main)} end.");
            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 异步执行
        /// </summary>
        private static async void DoAsync()
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(DoAsync)} start.");
            await Task.Delay(500);
            Console.WriteLine($"{nameof(DoAsync)} end.");
        }
    }

运行结果如下：

五、异步方法取消

CancellationToken和CancellationTokenSource这两个类允许你终止执行异步方法。

1）CancellationToken对象包含任务是否被取消的信息。如果该对象的属性IsCancellationRequested为true，任务需停止操作并返回。该对象操作是不可逆的，且只能使用（修改）一次，即该对象内的IsCancellationRequested属性被设置后，就不能改动。

2）CancellationTokenSource可创建CancellationToken对象，调用CancellationTokenSource对象的Cancel方法，会使该对象的CancellationToken属性IsCancellationRequested设置为true。

【注意】调用CancellationTokenSource对象的Cancel方法，并不会执行取消操作，而是会将该对象的CancellationToken属性IsCancellationRequested设置为true。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之异步方法取消
            CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
            CancellationToken token = source.Token;

            var task = ExecuteAsync(token);
            Console.WriteLine($"{nameof(token.IsCancellationRequested)}: {token.IsCancellationRequested}");

            Thread.Sleep(6000); //挂起6秒
            source.Cancel();    //传达取消请求

            task.Wait(token);   //等待任务执行完成
            Console.WriteLine($"{nameof(token.IsCancellationRequested)}: {token.IsCancellationRequested}");

            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 异步执行
        /// </summary>
        /// <param name="token"></param>
        /// <returns></returns>
        private static async Task ExecuteAsync(CancellationToken token)
        {
            if (token.IsCancellationRequested)
            {
                return;
            }

            await Task.Run(() => CircleOutput(token), token);
        }

        /// <summary>
        /// 循环输出
        /// </summary>
        /// <param name="token"></param>
        private static void CircleOutput(CancellationToken token)
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(CircleOutput)} 方法开始调用：");

            const int num = 5;
            for (var i = 0; i < num; i++)
            {
                if (token.IsCancellationRequested)  //监控CancellationToken
                {
                    return;
                }

                Console.WriteLine($"{i + 1}/{num} 完成");
                Thread.Sleep(1000);
            }
        }
    }

运行结果如下：

六：异步方法异常处理

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region async & await入门二之异步方法异常处理
            var task = ExceptionAsync();
            task.Wait();

            Console.WriteLine($"{nameof(task.Status)}: {task.Status}");             //任务状态
            Console.WriteLine($"{nameof(task.IsCompleted)}: {task.IsCompleted}");   //任务完成状态标识
            Console.WriteLine($"{nameof(task.IsFaulted)}: {task.IsFaulted}");       //任务是否有未处理的异常标识

            Console.Read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 异常操作
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private static async Task ExceptionAsync()
        {
            try
            {
                await Task.Run(() => { throw new Exception(); });
            }
            catch (Exception)
            {
                Console.WriteLine($"{nameof(ExceptionAsync)} 出现异常。");
            }
        }
    }

后记：一、四、五、六也算是C#线程学习笔记七：Task详细用法的一些补充，其它的用法与笔记七的用法差不多的，这里就不再赘述了。

 

参考自：

https://www.cnblogs.com/liqingwen/p/5844095.html

https://www.cnblogs.com/TianFang/archive/2012/09/21/2696769.html

https://www.cnblogs.com/liqingwen/p/5866241.html