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。
View Code
然后在分享服务上的耗时操作,下同。
View Code
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($"耗时:{watch.ElapsedMilliseconds}");
14 }
15 #endregion
观点结论1:从上面③中可以得出一个结论,async中必须要有await运算符才能起到异步方法的作用,且await 运算符只能加在 系统类库默认提供的异步方法或者新线程(如:Task.Run)前面。
如:下面【案例5】 和 【案例6】需要的时间大约为:Max(3s,5s) = 5s
1 // 将系统类库提供的异步方法利用async封装起来2 private static async Task<String> NewMethod1Async()3 {4 HttpClient http = new HttpClient();5 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");6 //执行业务7 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);8 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;9 }
10 private static async Task<String> NewMethod2Async()
11 {
12 HttpClient http = new HttpClient();
13 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
14 //执行业务
15 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
16 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
17 }
18
19 //将await关键字加在新线程的前面
20 private static async Task<string> NewMethod3Async()
21 {
22 var msg = await Task.Run(() =>
23 {
24 return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg1");
25 });
26 return msg;
27 }
28 private static async Task<string> NewMethod4Async()
29 {
30 var msg = await Task.Run(() =>
31 {
32 return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg2");
33 });
34 return msg;
35 }
1 #region 案例5(将系统类库提供的异步方法利用async封装起来 耗时5s左右)2 //并且先输出“我是主业务”,证明t1和t2是并行执行的,且不阻碍主业务3 {4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6 Console.WriteLine("开始执行");7 Task<string> t1 = NewMethod1Async();8 Task<string> t2 = NewMethod2Async();9
10 Console.WriteLine("我是主业务");
11 Console.WriteLine($"{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($"耗时:{watch.ElapsedMilliseconds}");
14 }
15 #endregion
2. 几个规则和约定
① async封装的方法中,可以有多个await,这里的await代表等待该行代码执行完毕。
② 我们通常自己封装的方法也要以Async结尾,方便识别
③ 异步返回类型主要有三种:Task<T> 、Task、Void
3. 测试得出其他几个结论
① 如果async封装的异步方法里既有同步业务又有异步业务(开启新线程或者系统类库提供异步方法),那么同步方法那部分的时间在调用的时候是会阻塞主线程的,即主线程要等待这部分同步业务执行完才能往下执行。
如【案例7】 耗时:同步操作之和 2s+2s + Max(3s,5s)=9s;
View Code
1 #region 案例7(既有普通的耗时操作,也有系统本身的异步方法,耗时9s左右)2 //且大约4s后才能输出 “我是主业务”,证明同步操作Thread.Sleep(2000); 阻塞主线程3 {4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6 Console.WriteLine("开始执行");7 Task<string> t1 = NewMethod7Async();8 Task<string> t2 = NewMethod8Async();9
10 Console.WriteLine("我是主业务");
11 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12 watch.Stop();
13 Console.WriteLine($"耗时:{watch.ElapsedMilliseconds}");
14 }
15 #endregion
证明:async封装的异步方法里的同步业务的时间会阻塞主线程,再次证明 await只能加在 非阻止api和开启新线程的前面
② 如果封装的异步方法中存在等待的问题,而且不能阻塞主线程(不能用Thread.Sleep) , 这个时候可以用Task.Delay,并在前面加await关键字
如【案例8】 耗时:Max(2+3 , 5+2)=7s
1 //利用Task.Delay(2000);等待2 private static async Task<String> NewMethod11Async()3 {4 //调用异步方法之前需要等待2s5 await Task.Delay(2000);6 7 //下面的操作耗时3s8 HttpClient http = new HttpClient();9 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
10 //执行业务
11 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
12 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
13 }
14
15 private static async Task<String> NewMethod12Async()
16 {
17 //调用异步方法之前需要等待2s
18 await Task.Delay(2000);
19
20 //下面的操作耗时5s
21 HttpClient http = new HttpClient();
22 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
23 //执行业务
24 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
25 return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
26 }
1 #region 案例8(利用Task.Delay执行异步方法的等待操作)2 //结果是7s,且马上输出“我是主业务”,说明Task.Delay(),不阻塞主线程。3 {4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 Console.WriteLine("开始执行");6 Task<string> t1 = NewMethod11Async();7 Task<string> t2 = NewMethod12Async();8 9 Console.WriteLine("我是主业务");
10 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
11 watch.Stop();
12 Console.WriteLine($"耗时:{watch.ElapsedMilliseconds}");
13 }
14 #endregion
三. 异步方法返回类型
1. Task<T>, 处理含有返回值的异步方法,通过 .Result 等待异步方法执行完,且获取到返回值。
2. Task:调用方法不需要从异步方法中取返回值,但是希望检查异步方法的状态,那么可以选择可以返回 Task 类型的对象。不过,就算异步方法中包含 return 语句,也不会返回任何东西。
如【案例9】
1 2 //返回值为Task的方法3 private static async Task NewMethod9Async()4 {5 6 //下面的操作耗时3s7 HttpClient http = new HttpClient();8 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");9 //执行业务
10 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
11 Console.WriteLine("NewMethod9Async执行完成");
12 }
1 #region 案例9(返回值为Task的异步方法)2 //结果是5s,说明异步方法和主线程的同步方法 在并行执行3 {4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6 Console.WriteLine("开始执行");7 Task t = NewMethod9Async();8 9 Console.WriteLine($"{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($"耗时:{watch.ElapsedMilliseconds}");
27 }
28 #endregion
PS:对于Task返回值的异步方法,可以调用Wait(),等 待该异步方法执行完,他和await不同,await必须出现在async关键字封装的方法中。
3. void:调用异步执行方法,不需要做任何交互
如【案例10】
1 //返回值是Void的方法2 private static async void NewMethod10Async()3 {4 //下面的操作耗时5s5 HttpClient http = new HttpClient();6 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");7 //执行业务,假设这里主需要请求,不需要做任何交互8 var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);9 Console.WriteLine("NewMethod10Async执行完成");
10 }
1 #region 案例10(返回值为Void的异步方法)2 //结果是5s,说明异步方法和主线程的同步方法 在并行执行3 {4 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6 Console.WriteLine("开始执行");7 NewMethod10Async();8 9 //执行其他耗时操作,与此同时NewMethod9Async也在工作
10 Thread.Sleep(5000);
11
12 Console.WriteLine("我是主业务");
13
14
15 Console.WriteLine($"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)
第十五节:深入理解async和await的作用及各种适用场景和用法相关推荐
- 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 ...
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