C++ C# Java 异步对比

开发工具：Visual Studio 2019、Visual Studio Code

C++

这里不是C++ 20，C++ 20 的 Coroutine 会另外写

#include<iostream>
#include<future>
#include<string>
#include<sstream>
#include <windows.h>

std::string Func_01();
void Func_02();
unsigned long long GetThreadId(std::thread::id tid);
void Print(std::string s);

int main()
{
	DWORD start = GetTickCount();

	auto task = std::async(Func_01);
	Print("In Main，ThreadId：");
	Print("In Main，Before Func_01，ThreadId：");
	std::cout << task.get();
	std::cout << "\n\n";
	Print("In Main，After Func_01，ThreadId：");
	std::cout << "Done\n";

	DWORD end = GetTickCount();

	std::cout << end - start << std::endl;

	return 0;
}

std::string Func_01()
{
	Print("In Func_01，ThreadId：");
	Print("In Func_01，Before Task，ThreadId：");
	std::async([]()
		{
			Print("In Func_01 Task，ThreadId：");
			Print("In Func_01 Task，Before Func_02，ThreadId：");
			std::async(Func_02).get();
			Print("In Func_01 Task，After Func_02，ThreadId：");
		}).get();
		Print("In Func_01，After Task，ThreadId：");
		return "Hello World";
}

void Func_02()
{
	Print("In Func_02，ThreadId：");
	std::async([]()
		{
			Print("In Func_02 Task，ThreadId：");
			Print("In Func_02 Task，Before Delay，ThreadId：");
			std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(3000));
			Print("In Func_02 Task，After Delay，ThreadId：");
		}).get();
		Print("In Func_02，After Task，ThreadId：");

}

unsigned long long GetThreadId(std::thread::id tid)
{
	std::ostringstream oss;
	oss << std::this_thread::get_id();
	std::string stid = oss.str();
	return std::stoull(stid);
}

void Print(std::string s)
{
	std::string str = s + std::to_string(GetThreadId(std::this_thread::get_id())) + "\n\n";
	std::cout << str;
}

结果，调用std::async()就会创建线程，通过future.get()等待线程执行完毕就回调，最后回到主线程

C#

static async Task Main(string[] args)
{
    Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
    stopwatch.Start();

    var task = Func_01();
    Print("In Main");
    Print("In Main，Before Func_01");
    Console.WriteLine(await task);
    Console.WriteLine();
    Print("In Main，After Func_01");
    Console.WriteLine("Done");

    stopwatch.Stop();
    TimeSpan timespan = stopwatch.Elapsed;
    Console.WriteLine(timespan.TotalMilliseconds);
}

async static Task<string> Func_01()
{
    Print("In Func_01");
    Print("In Func_01，Before Task");
    var task = Task.Run(async () =>
    {
        Print("In Func_01 Task");
        Print("In Func_01 Task，Before Func_02");
        await Func_02();
        Print("In Func_01 Task，After Func_02");
        return "Hello World";
    });
    string str = await task;
    Print("In Func_01，After Task");
    return str;
}

async static Task Func_02()
{
    Print("In Func_02");
    Print("In Func_02，Before Task");
    await Task.Run(() =>
    {
        Print("In Func_02 Task，Before Delay");
        //await Task.Delay(3000);
        Thread.Sleep(3000);
        Print("In Func_02 Task，After Delay");
    });
    Print("In Func_02，After Task");
}

static void Print(string s)
{
    Console.WriteLine($"{s}，Thread：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}\n");
}

结果，可以看到，在Func_01()和Func_02()中，async如果不使用await，那么就会同步执行，VS也会提示“缺少await，将以同步方式运行”，async函数只有await之后才会创建线程
其实我感觉不是await创建的线程，而是Task.Run()或Task.Delay()之类的方法创建的线程，但是在一些地方感觉await有创建线程，有点难说明白，还是看官方文档吧

await 运算符暂停对其所属的 async 方法的求值，直到其操作数表示的异步操作完成。异步操作完成后，await 运算符将返回操作的结果（如果有）。当 await 运算符应用到表示已完成操作的操作数时，它将立即返回操作的结果，而不会暂停其所属的方法。

异步方法同步运行，直至到达其第一个 await 表达式，此时会将方法挂起，直到等待的任务完成。

至于为什么Task结束之后线程标识不变，因为await就是Task.ContinueWith()回调，这个就去看Help Viewer吧，我觉得跟同步上下文SynchronizationContext也有关系
还有一点要注意，尽量不要使用Thread.Sleep()，尽量使用await Task.Delay()，这样多个Task同时并发时就不会阻塞到同一个线程

也可以有另外的写法，在函数中直接返回Task.Run()，这应该才是常用的写法，毕竟async只是标识符，被async标识的函数可以使用await

static async Task Main(string[] args)
{
    Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
    stopwatch.Start();

    var task = Func_01();
    Print("In Main");
    Print("In Main，Before Func_01");
    Console.WriteLine(await task);
    Console.WriteLine();
    Print("In Main，After Func_01");
    Console.WriteLine("Done");

    stopwatch.Stop();
    TimeSpan timespan = stopwatch.Elapsed;
    Console.WriteLine(timespan.TotalMilliseconds);
}

static Task<string> Func_01()
{
    return Task.Run(async () =>
    {
        Print("In Func_01");
        Print("In Func_01，Before Task");
        var task = Task.Run(async () =>
        {
            Print("In Func_01 Task");
            Print("In Func_01 Task，Before Func_02");
            await Func_02();
            Print("In Func_01 Task，After Func_02");
            return "Hello World";
        });
        string str = await task;
        Print("In Func_01，After Task");
        return str;
    });
}

static Task Func_02()
{
    return Task.Run(async () =>
    {
        Print("In Func_02");
        Print("In Func_02，Before Task");
        await Task.Run(() =>
        {
            Print("In Func_02 Task，Before Delay");
            //await Task.Delay(3000);
            Thread.Sleep(3000);
            Print("In Func_02 Task，After Delay");
        });
        Print("In Func_02，After Task");
    });
}

static void Print(string s)
{
    Console.WriteLine($"{s}，Thread：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}\n");
}

结果就是会在每个Task.Run()之后创建新的线程，与C++类似，但不会返回主线程，毕竟await是Task.ContinueWith()
如果这里的方法添加了async就需要在返回时使用await

Java

static ExecutorService service=Executors.newFixedThreadPool(10);
public static void main(String[] args) throws Exception
{
    long start = System.currentTimeMillis();

    var task=Func_01();
    Print("In Main");
    Print("In Main，Before Func_01");
    System.out.println(task.get());
    System.out.println();
    Print("In Main，After Func_01");
    System.out.println("Done");

    long end = System.currentTimeMillis(); 
    System.out.println("共耗时"+(end-start)+"毫秒");

}

public static Future<String> Func_01()
{
    Print("In Func_01");
    Print("In Func_01，Before Task");
    return service.submit(()->
    {
        Print("In Func_01 Task，ThreadId：");
        Print("In Func_01 Task，Before Func_02");
        Func_02().get();
        Print("In Func_01 Task，After Func_02");
        return "Hello World";
    });
}

public static Future Func_02()
{
    Print("In Func_02，ThreadId：");
    Print("In Func_02，Before Task");
    return service.submit(()->
    {
        Print("In Func_02 Task，ThreadId：");
        Print("In Func_02 Task，Before Delay");
        try
        {
            Thread.sleep(3000);
        }
        catch(Exception e)
        {

        }
        Print("In Func_02 Task，After Delay");
    });
}

public static void Print(String s)
{
    System.out.println(s+"，Thread："+Thread.currentThread().getId()+"\n");
}

结果，必须调用ExecutorService.submit()才会创建线程，Future.get()是回调，最后会回到主线程
与C++和C#都有一些相同，却也有一些不同

ExecutorService.submit()应该是对应C#里的Task.Run()，所以也可以直接返回

static ExecutorService service=Executors.newFixedThreadPool(10);
public static void main(String[] args) throws Exception
{
    long start = System.currentTimeMillis();

    var task=Func_01();
    Print("In Main");
    Print("In Main，Before Func_01");
    System.out.println(task.get());
    System.out.println();
    Print("In Main，After Func_01");
    System.out.println("Done");

    long end = System.currentTimeMillis(); 
    System.out.println("共耗时"+(end-start)+"毫秒");

}

public static Future<String> Func_01()
{
    return service.submit(()->
    {
        Print("In Func_01");
        Print("In Func_01，Before Task");
        return service.submit(()->
        {
            Print("In Func_01 Task，ThreadId：");
            Print("In Func_01 Task，Before Func_02");
            Func_02().get();
            Print("In Func_01 Task，After Func_02");
            return "Hello World";
        }).get();
    });
}

public static Future Func_02()
{
    return service.submit(()->
    {
        Print("In Func_02，ThreadId：");
        Print("In Func_02，Before Task");
        return service.submit(()->
        {
            Print("In Func_02 Task，ThreadId：");
            Print("In Func_02 Task，Before Delay");
            try
            {
                Thread.sleep(3000);
            }
            catch(Exception e)
            {

            }
            Print("In Func_02 Task，After Delay");
        }).get();
    });
}

public static void Print(String s)
{
    System.out.println(s+"，Thread："+Thread.currentThread().getId()+"\n");
}