C#-深入理解async和await的作用及各种适用场景和用法
第十五节：深入理解async和await的作用及各种适用场景和用法
一. 同步VS异步
1. 同步 VS 异步 VS 多线程
同步方法：调用时需要等待返回结果，才可以继续往下执行业务
异步方法：调用时无须等待返回结果，可以继续往下执行业务
开启新线程：在主线程之外开启一个新的线程去执行业务
同步方法和异步方法的本质区别： 调用时是否需要等待返回结果才能继续执行业务
2. 常见的异步方法（都以Async结尾）
① HttpClient类：PostAsync、PutAsync、GetAsync、DeleteAsync
② EF中DbContext类：SaveChangesAsync
③ 文件相关中的：WriteLineAsync
3. 引入异步方法的背景
比如我在后台要向另一台服务器中获取中的2个接口获取信息，然后将两个接口的信息拼接起来，一起输出，接口1耗时3s，接口2耗时5s，
① 传统的同步方式：
需要的时间大约为：3s + 5s =8s, 如下面 【案例1】
先分享一个同步请求接口的封装方法，下同。
1 public class HttpService
2 {
3 /// <summary>
4 /// 后台跨域请求发送代码
5 /// </summary>
6 /// <param name="url">eg:http://ac.guojin.org/jeesite/regist/saveAppAgentAccount </param>
7 ///<param name="postData"></param>
8 /// 参数格式（手拼Json） string postData = "{\"name\":\"" + vip.comName + "\",\"shortName\":\"" + vip.shortName + + "\"}";
9 /// <returns></returns>
10 public static string PostData(string postData, string url)
11 {
12 HttpWebRequest req = (HttpWebRequest)WebRequest.Create(url);//后台请求页面
13 Encoding encoding = Encoding.GetEncoding("utf-8");//注意页面的编码，否则会出现乱码
14 byte[] requestBytes = encoding.GetBytes(postData);
15 req.Method = "POST";
16 req.ContentType = "application/json";
17 req.ContentLength = requestBytes.Length;
18 Stream requestStream = req.GetRequestStream();
19 requestStream.Write(requestBytes, 0, requestBytes.Length);
20 requestStream.Close();
21 HttpWebResponse res = (HttpWebResponse)req.GetResponse();
22 StreamReader sr = new StreamReader(res.GetResponseStream(), System.Text.Encoding.GetEncoding("utf-8"));
23 string backstr = sr.ReadToEnd();//可以读取到从页面返回的结果，以数据流的形式。
24 sr.Close();
25 res.Close();
26
27 return backstr;
28 }
然后在分享服务上的耗时操作，下同。
1 /// <summary>
2 /// 耗时方法 耗时3s
3 /// </summary>
4 /// <returns></returns>
5 public ActionResult GetMsg1()
6 {
7 Thread.Sleep(3000);
8 return Content("GetMsg1");
9
10 }
11
12 /// <summary>
13 /// 耗时方法 耗时5s
14 /// </summary>
15 /// <returns></returns>
16 public ActionResult GetMsg2()
17 {
18 Thread.Sleep(5000);
19 return Content("GetMsg2");
20
21 }
下面是案例1代码
1 #region 案例1(传统同步方式 耗时8s左右)
2 {
3 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
4 Console.WriteLine("开始执行");
5
6 string t1 = HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg1");
7 string t2 = HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg2");
8
9 Console.WriteLine("我是主业务");
10 Console.WriteLine($"{t1},{t2}");
11 watch.Stop();
12 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
13 }
14 #endregion
② 开启新线程分别执行两个耗时操作
需要的时间大约为：Max(3s,5s) = 5s ,如下面【案例2】
1 #region 案例2(开启新线程分别执行两个耗时操作 耗时5s左右)
2 {
3 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
4 Console.WriteLine("开始执行");
5
6 var task1 = Task.Run(() =>
7 {
8 return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg1");
9 });
10
11 var task2 = Task.Run(() =>
12 {
13 return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg2");
14 });
15
16 Console.WriteLine("我是主业务");
17 //主线程进行等待
18 Task.WaitAll(task1, task2);
19 Console.WriteLine($"{task1.Result},{task2.Result}");
20 watch.Stop();
21 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
22 }
23 #endregion
既然②方式可以解决同步方法串行耗时间的问题，但这种方式存在一个弊端，一个业务中存在多个线程，且需要对线程进行管理，相对麻烦，从而引出了异步方法。
这里的异步方法 我 特指：系统类库自带的以async结尾的异步方法。
③ 使用系统类库自带的异步方法
需要的时间大约为：Max(3s,5s) = 5s ,如下面【案例3】
1 #region 案例3(使用系统类库自带的异步方法 耗时5s左右)
2 {
3 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
4 HttpClient http = new HttpClient();
5 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
6 Console.WriteLine("开始执行");
7 //执行业务
8 var r1 = http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
9 var r2 = http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
10 Console.WriteLine("我是主业务");
11
12 //通过异步方法的结果.Result可以是异步方法执行完的结果
13 Console.WriteLine(r1.Result.Content.ReadAsStringAsync().Result);
14 Console.WriteLine(r2.Result.Content.ReadAsStringAsync().Result);
15
16 watch.Stop();
17 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
18 }
19 #endregion
PS：通过 .Result 来获取异步方法执行完后的结果。
二. 利用async和await封装异步方法
1. 首先要声明几点：
① async和await关键字是C# 5.0时代引入的，它是一种异步编程模型
② 它们本身并不创建新线程，但我可以在自行封装的async中利用Task.Run开启新线程
③ 利用async关键字封装的方法中如果写全部都是一些串行业务, 且不用await关键字，那么即使使用async封装，也并没有什么卵用，并起不了异步方法的作用。
需要的时间大约为：3s + 5s =8s, 如下面 【案例4】，并且封装的方法编译器会提示：“缺少关键字await，将以同步的方式调用，请使用await运算符等待非阻止API或Task.Run的形式”（PS：非阻止API指系统类库自带的以Async结尾的异步方法）
1 //利用async封装同步业务的方法
2 private static async Task<string> NewMethod5Async()
3 {
4 Thread.Sleep(3000);
5 //其它同步业务
6 return "Msg1";
7 }
8 private static async Task<string> NewMethod6Async()
9 {
10 Thread.Sleep(5000);
11 //其它同步业务
12 return "Msg2";
13 }
1 #region 案例4(async关键字封装的方法中如果写全部都是一些串行业务 耗时8s左右)
2 {
3 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
4
5 Console.WriteLine("开始执行");
6
7 Task<string> t1 = NewMethod5Async();
8 Task<string> t2 = NewMethod6Async();
9
10 Console.WriteLine("我是主业务");
11 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12 watch.Stop();
13 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
14 }
15 #endregion
观点结论1：从上面③中可以得出一个结论，async中必须要有await运算符才能起到异步方法的作用，且await 运算符只能加在 系统类库默认提供的异步方法或者新线程（如：Task.Run）前面。
如：下面【案例5】 和 【案例6】需要的时间大约为：Max(3s,5s) = 5s
1 // 将系统类库提供的异步方法利用async封装起来
2 private static async Task<String> NewMethod1Async()
3 {
4 HttpClient http = new HttpClient();
5 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
6 //执行业务
7 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
8 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
9 }
10 private static async Task<String> NewMethod2Async()
11 {
12 HttpClient http = new HttpClient();
13 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
14 //执行业务
15 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
16 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
17 }
18
19 //将await关键字加在新线程的前面
20 private static async Task<string> NewMethod3Async() {
22 var msg = await Task.Run(() =>
23 {
24 return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg1");
25 });
26 return msg;
27 }
28 private static async Task<string> NewMethod4Async() {
30 var msg = await Task.Run(() =>
31 {
32 return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg2");
33 });
34 return msg;
35 }
1 #region 案例5(将系统类库提供的异步方法利用async封装起来 耗时5s左右)
2 //并且先输出“我是主业务”，证明t1和t2是并行执行的，且不阻碍主业务
3 {
4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
5
6 Console.WriteLine("开始执行");
7 Task<string> t1 = NewMethod1Async();
8 Task<string> t2 = NewMethod2Async();
9
10 Console.WriteLine("我是主业务");
11 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12 watch.Stop();
13 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
14 }
15 #endregion
1 #region 案例6(将新线程利用async封装起来 耗时5s左右)
2 //并且先输出“我是主业务”，证明t1和t2是并行执行的，且不阻碍主业务
3 {
4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
5
6 Console.WriteLine("开始执行");
7 Task<string> t1 = NewMethod3Async();
8 Task<string> t2 = NewMethod4Async();
9
10 Console.WriteLine("我是主业务");
11 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12 watch.Stop();
13 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
14 }
15 #endregion
2. 几个规则和约定
① async封装的方法中，可以有多个await，这里的await代表等待该行代码执行完毕。
② 我们通常自己封装的方法也要以Async结尾，方便识别
③ 异步返回类型主要有三种：Task<T> 、Task、Void
3. 测试得出其他几个结论
① 如果async封装的异步方法里既有同步业务又有异步业务(开启新线程或者系统类库提供异步方法)，那么同步方法那部分的时间在调用的时候是会阻塞主线程的，即主线程要等待这部分同步业务执行完才能往下执行。
如【案例7】 耗时：同步操作之和 2s+2s + Max(3s,5s)=9s;
1 //同步耗时操作和异步方法同时封装
2 private static async Task<String> NewMethod7Async()
3 {
4 //调用异步方法之前还有一个耗时操作
5 Thread.Sleep(2000);
6
7 //下面的操作耗时3s
8 HttpClient http = new HttpClient();
9 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
10 //执行业务
11 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
12 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
13 }
14 private static async Task<String> NewMethod8Async()
15 {
16 //调用异步方法之前还有一个耗时操作
17 Thread.Sleep(2000);
18
19 //下面的操作耗时5s
20 HttpClient http = new HttpClient();
21 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
22 //执行业务
23 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
24 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
25 }
1 #region 案例7(既有普通的耗时操作，也有系统本身的异步方法,耗时9s左右)
2 //且大约4s后才能输出 “我是主业务”，证明同步操作Thread.Sleep(2000); 阻塞主线程
3 {
4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
5
6 Console.WriteLine("开始执行");
7 Task<string> t1 = NewMethod7Async();
8 Task<string> t2 = NewMethod8Async();
9
10 Console.WriteLine("我是主业务");
11 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12 watch.Stop();
13 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
14 }
15 #endregion
证明：async封装的异步方法里的同步业务的时间会阻塞主线程，再次证明 await只能加在 非阻止api和开启新线程的前面
② 如果封装的异步方法中存在等待的问题，而且不能阻塞主线程(不能用Thread.Sleep) , 这个时候可以用Task.Delay，并在前面加await关键字
如【案例8】 耗时：Max（2+3 , 5+2）=7s
1 //利用Task.Delay(2000);等待
2 private static async Task<String> NewMethod11Async()
3 {
4 //调用异步方法之前需要等待2s
5 await Task.Delay(2000);
6
7 //下面的操作耗时3s
8 HttpClient http = new HttpClient();
9 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
10 //执行业务
11 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
12 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
13 }
14
15 private static async Task<String> NewMethod12Async()
16 {
17 //调用异步方法之前需要等待2s
18 await Task.Delay(2000);
19
20 //下面的操作耗时5s
21 HttpClient http = new HttpClient();
22 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
23 //执行业务
24 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
25 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
26 }
1 #region 案例8(利用Task.Delay执行异步方法的等待操作)
2 //结果是7s，且马上输出“我是主业务”，说明Task.Delay(),不阻塞主线程。
3 {
4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
5 Console.WriteLine("开始执行");
6 Task<string> t1 = NewMethod11Async();
7 Task<string> t2 = NewMethod12Async();
8
9 Console.WriteLine("我是主业务");
10 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
11 watch.Stop();
12 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
13 }
14 #endregion
三. 异步方法返回类型
1. Task<T>, 处理含有返回值的异步方法，通过 .Result 等待异步方法执行完，且获取到返回值。
2. Task：调用方法不需要从异步方法中取返回值，但是希望检查异步方法的状态，那么可以选择可以返回 Task 类型的对象。不过，就算异步方法中包含 return 语句，也不会返回任何东西。
如【案例9】
1
2 //返回值为Task的方法
3 private static async Task NewMethod9Async()
4 {
5
6 //下面的操作耗时3s
7 HttpClient http = new HttpClient();
8 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
9 //执行业务
10 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
11 Console.WriteLine("NewMethod9Async执行完成");
12 }
1 #region 案例9(返回值为Task的异步方法)
2 //结果是5s，说明异步方法和主线程的同步方法 在并行执行
3 {
4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
5
6 Console.WriteLine("开始执行");
7 Task t = NewMethod9Async();
8
9 Console.WriteLine($"{nameof(t.Status)}: {t.Status}"); //任务状态
10 Console.WriteLine($"{nameof(t.IsCompleted)}: {t.IsCompleted}"); //任务完成状态标识
11 Console.WriteLine($"{nameof(t.IsFaulted)}: {t.IsFaulted}"); //任务是否有未处理的异常标识
12
13 //执行其他耗时操作，与此同时NewMethod9Async也在工作
14 Thread.Sleep(5000);
15
16 Console.WriteLine("我是主业务");
17
18 t.Wait();
19
20 Console.WriteLine($"{nameof(t.Status)}: {t.Status}"); //任务状态
21 Console.WriteLine($"{nameof(t.IsCompleted)}: {t.IsCompleted}"); //任务完成状态标识
22 Console.WriteLine($"{nameof(t.IsFaulted)}: {t.IsFaulted}"); //任务是否有未处理的异常标识
23
24 Console.WriteLine($"所有业务执行完成了");
25 watch.Stop();
26 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
27 }
28 #endregion
PS：对于Task返回值的异步方法，可以调用Wait(),等 待该异步方法执行完，他和await不同，await必须出现在async关键字封装的方法中。
3. void：调用异步执行方法，不需要做任何交互
如【案例10】
1 //返回值是Void的方法
2 private static async void NewMethod10Async()
3 {
4 //下面的操作耗时5s
5 HttpClient http = new HttpClient();
6 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
7 //执行业务，假设这里主需要请求，不需要做任何交互
8 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
9 Console.WriteLine("NewMethod10Async执行完成");
10 }
1 #region 案例10(返回值为Void的异步方法)
2 //结果是5s，说明异步方法和主线程的同步方法 在并行执行
3 {
4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
5
6 Console.WriteLine("开始执行");
7 NewMethod10Async();
8
9 //执行其他耗时操作，与此同时NewMethod9Async也在工作
10 Thread.Sleep(5000);
11
12 Console.WriteLine("我是主业务");
13
14
15 Console.WriteLine($"所有业务执行完成了");
16 watch.Stop();
17 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
18 }
19 #endregion
四. 几个结论
1. 异步方法到底开不开起新线程？
异步和等待关键字不会导致其他线程创建。 因为异步方法本身并不会运行的线程，异步方法不需要多线程。 只有 + 当方法处于活动状态，则方法在当前同步上下文中运行并使用在线程的时间。 可以使用 Task.Run 移动 CPU 工作移到后台线程，但是，后台线程不利于等待结果变得可用处理。（来自MSDN原话）
2. async和await是一种异步编程模型，它本身并不能开启新线程，多用于将一些非阻止API或者开启新线程的操作封装起来，使其调用的时候像同步方法一样使用。
下面补充博客园dudu的解释，方便大家理解。
五. 参考资料
1. 反骨仔：http://www.cnblogs.com/liqingwen/p/5831951.html
http://www.cnblogs.com/liqingwen/p/5844095.html
2. MSDN：https://msdn.microsoft.com/library/hh191443(vs.110).aspx
PS：如果你想了解多线程的其他知识，请移步：那些年我们一起追逐的多线程(Thread、ThreadPool、委托异步调用、Task/TaskFactory、Parallerl、async和await)
- 作 者 : Yaopengfei(姚鹏飞)
- 博客地址 : http://www.cnblogs.com/yaopengfei/
- 声 明1 : 本人才疏学浅，用郭德纲的话说“我是一个小学生”，如有错误，欢迎讨论，请勿谩骂^_^。
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