1. 前言
Talk is cheap, Show you the code first！
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
AsyncMethod();
Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
private async Task AsyncMethod()
{
var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
Console.WriteLine(Result);
//返回值是`Task`的函数可以不用`return`，或者将`Task`改为void
}
//这个函数就是一个耗时函数，可能是`IO`操作，也可能是`cpu`密集型工作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{
var task = Task.Run(()=> {
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
return task;
}
我靠，这么复杂！！！竟然有三个函数！！！竟然有那么多行！！！
别着急，慢慢看完，最后的时候你会发现使用async/await真的炒鸡优雅。
2. 异步方法的结构
上面是一个的使用async/await的例子（为了方便解说原理我才写的这样复杂的）。
使用async/await能非常简单的创建异步方法，防止耗时操作阻塞当前线程。
使用async/await来构建的异步方法，逻辑上主要有下面三个结构：
2.1 调用异步方法
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
AsyncMethod();//这个方法就是异步方法，异步方法的调用与一般方法完全一样
Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
注意：微软建议异步方法的命名是在方法名后添加Aysnc后缀，示例是我为了读起来方便做成了前缀，在真正构建异步方法的时候请注意用后缀。
异步方法的返回类型只能是void、Task、Task<TResult>。示例中异步方法的返回值类型是Task。
另外，上面的AsyncMethod()会被编译器提示报警，如下图：
因为是异步方法，所以编译器提示在前面使用await关键字，这个后面再说，为了不引入太多概念导致难以理解暂时就先这么放着。
2.2 异步方法本体
private async Task AsyncMethod()
{
var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
Console.WriteLine(Result);
//返回值是`Task`的函数可以不用`return`，或者将`Task`改为void
}
用async来修饰一个方法，表明这个方法是异步的，声明的方法的返回类型必须为：void或Task或Task<TResult>。方法内部必须含有await修饰的方法，如果方法内部没有await关键字修饰的表达式，哪怕函数被async修饰也只能算作同步方法，执行的时候也是同步执行的。
被await修饰的只能是Task或者Task<TResule>类型，通常情况下是一个返回类型是Task/Task<TResult>的方法，当然也可以修饰一个Task/Task<TResult>变量，await只能出现在已经用async关键字修饰的异步方法中。上面代码中就是修饰了一个变量ResultFromTimeConsumingMethod。
关于被修饰的对象，也就是返回值类型是Task和Task<TResult>函数或者Task/Task<TResult>类型的变量：如果是被修饰对象的前面用await修饰，那么返回值实际上是void或者TResult（示例中ResultFromTimeConsumingMethod是TimeConsumingMethod()函数的返回值，也就是Task<string>类型，当ResultFromTimeConsumingMethod在前面加了await关键字后 await ResultFromTimeConsumingMethod实际上完全等于 ResultFromTimeConsumingMethod.Result）。如果没有await，返回值就是Task或者Task<TResult>。
2.3 耗时函数
//这个函数就是一个耗时函数，可能是`IO`密集型操作，也可能是`cpu`密集型工作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{
var task = Task.Run(()=> {
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
return task;
}
这个函数才是真正干活的（为了让逻辑层级更分明，我把这部分专门做成了一个函数，在后面我会精简一下直接放到异步函数中，毕竟活在哪都是干）。
在示例中是一个CPU密集型的工作，我另开一线程让他拼命干了5s。如果是IO密集型工作比如文件读写等可以直接调用.Net提供的类库，对于这些类库底层具体怎么实现的？是用了多线程还是DMA？或者是多线程+DMA？这些问题我没有深究但是从表象看起来和我用Task另开一个线程去做耗时工作是一样的。
await只能修饰Task/Task<TResult>类型，所以这个耗时函数的返回类型只能是Task/Task<TResult>类型。
总结：有了上面三个结构就能完成使用一次异步函数。
3. async/await异步函数的原理
在开始讲解这两个关键字之前，为了方便，对某些方法做了一些拆解，拆解后的代码块用代号指定：
上图对示例代码做了一些指定具体就是：
Caller代表调用方函数，在上面的代码中就是button1_Click函数。CalleeAsync代表被调用函数，因为代码中被调用函数是一个异步函数，按照微软建议的命名添加了Async后缀，在上面示例代码中就是AsyncMethod()函数。CallerChild1代表调用方函数button1_Click在调用异步方法CalleeAsync之前的那部分代码。CallerChild2代表调用方函数button1_Click在调用异步方法CalleeAsync之后的那部分代码。CalleeChild1代表被调用方函数AsyncMethod遇到await关键字之前的那部分代码。CalleeChild2代表被调用方函数AsyncMethod遇到await关键字之后的那部分代码。TimeConsumingMethod是指被await修饰的那部分耗时代码（实际上我代码中也是用的这个名字来命名的函数）
示例代码的执行流程
这里涉及到了两个线程，线程ID分别是1和4。
Caller函数被调用，先执行CallerChild1代码，这里是同步执行与一般函数一样，然后遇到了异步函数CalleeAsync。
在CalleeAsync函数中有await关键字，await的作用是打分裂点。
编译器会把整个函数CalleeAsync从这里分裂成两个函数。await关键字之前的代码作为一个函数（按照我上面定义的指代，下文中就叫这部分代码CalleeChild1）await关键字之后的代码作为一个函数CalleeChild2。
CalleeChild1在调用方线程执行（在示例中就是主线程Thread1），执行到await关键字之后，另开一个线程耗时工作在Thread4中执行，然后立即返回。这时调用方会继续执行下面的代码CallerChild2（注意是Caller不是Callee）。
在CallerChild2被执行期间，TimeConsumingMethod也在异步执行（可能是在别的线程也可能是CPU不参与操作直接DMA的IO操作）。
当TimeConsumingMethod执行结束后，CalleeChild2也就具备了执行条件，而这个时候CallerChild2可能执行完了也可能没有，由于CallerChild2与CalleeChild2都会在Caller的线程执行，这里就会有冲突应该先执行谁，编译器会在合适的时候在Caller的线程执行这部分代码。示意图如下：
请注意，CalleeChild2在上图中并没有画任何箭头，因为这部分代码的执行是由编译器决定的，暂时无法具体描述是什么时候执行。
总结：整个流程下来，除了TimeConsumingMethod函数是在Thread4中执行的，剩余代码都是在主线程Thread1中执行的。也就是说异步方法运行在当前同步上下文中，只有激活的时候才占用当前线程的时间，异步模型采用时间片轮转来实现。你也许会说，明明新加了一个Thread4线程怎么能说是运行在当前的线程中呢？这里说的异步方法运行在当前线程上的意思是由CalleeAsync分裂出来的CalleeChild1和CalleeChild2的确是运行在Thread1上的。
4. 带返回值的异步函数
之前的示例代码中异步函数是没有返回值的，作为理解原理足够了，但是在实际应用场景中，带返回值的应用才是最常用的。那么，上代码：
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
var ResultTask = AsyncMethod();
Console.WriteLine(ResultTask.Result);
Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
private async Task<string> AsyncMethod()
{
var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
Console.WriteLine(Result);
return Result;
}
//这个函数就是一个耗时函数，可能是`IO`操作，也可能是`cpu`密集型工作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{
var task = Task.Run(()=> {
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
return task;
}
主要更改的地方在这里：
按理说没错吧？然而，这代码一旦执行就会卡死。
4.1 死锁
是的，死锁。分析一下为什么：
按照之前我划定的代码块指定，在添加了新代码后CallerChild2与CalleeChild2的划分如上图。
这两部分代码块都是在同一个线程上执行的，也就是主线程Thread1，而且通常情况下CallerChild2是会早于CalleeChild2执行的(毕竟CalleeChild2得在耗时代码块执行之后执行)。
Console.WriteLine(ResultTask.Result);(CallerChild2)其实是在请求CalleeChild2的执行结果，此时明显CalleeChild2还没有结束没有return任何结果，那Console.WriteLine(ResultTask.Result);就只能阻塞Thread1等待，直到CalleeChild2有结果。
然而问题就在这，CalleeChild2也是在Thread1上执行的，此时CallerChild2一直占用Thread1等待CalleeChild2的结果，耗时程序结束后轮到CalleeChild2执行的时候CalleeChild2又因Thread1被CallerChild2占用而抢不到线程，永远无法return，那么CallerChild2就会永远等下去，这就造成了死锁。
4.2 解决方法
解决办法有两种一个是把Console.WriteLine(ResultTask.Result);放到一个新开线程中等待(个人觉得这方法有点麻烦，毕竟要新开线程)，还有一个方法是把Caller也做成异步方法：
ResultTask.Result变成了ResultTask 的原因上面也说了，await修饰的Task/Task<TResult>得到的是TResult。
之所以这样就能解决问题是因为嵌套了两个异步方法，现在的Caller也成了一个异步方法，当Caller执行到await后直接返回了（await拆分方法成两部分），CalleeChild2执行之后才轮到Caller中await后面的代码块（Console.WriteLine(ResultTask.Result);）。
另外，把Caller做成异步的方法也解决了一开始的那个警告，还记得么？
5. 质疑
到现在，你可能会说：使用async/await不比直接用Task.Run()来的简单啊？比如我用Task的TaskContinueWith方法也能实现：
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var ResultTask = Task.Run(()=> {
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
ResultTask.ContinueWith(OnDoSomthingIsComplete);
}
private void OnDoSomthingIsComplete(Task<string> t)
{
Action action = () => { textBox1.Text = t.Result;};
textBox1.Invoke(action);
Console.WriteLine("Continue Thread ID :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
是的，上面的代码也能实现。但是，async/await的优雅的打开方式是这样的：
private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var t = Task.Run(() => {
Thread.Sleep(5000);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
textBox1.Text = await t;
}
看到没，惊不惊喜，意不意外，寥寥几行就搞定了，不用再多写那么多函数，使用起来也很灵活。最让人头疼的跨线程修改控件的问题完美解决了，再也不用使用Invoke了，因为修改控件的操作压根就是在原来的线程上做的，还能不阻塞UI。
注：感谢17楼和23楼同学对死锁的解释，并给出了其它解决办法，你们是对的！同时也感谢其他同学的互动参与，通过交流相互提高才是我们想要的！
