C# - 多线程 之 异步编程

异步编程

• 同步编程，请求响应模型，同步化、顺序化、事务化。
• 异步编程，事件驱动模型，以 Fire and Forget 方式实现。

关于创建异步方法的比较：参考

• Thread：不断创建Thread会消耗很大cup，导致异步效率变慢
• delegate委托异步：需要不断的实例化委托类，会消耗cup和内存
• Task结合async：这种性能最好，较低的cup和内存损耗

异步编程模式

• 异步编程模型 (APM) 模式： IAsyncResult 模式，异步操作需要 Begin 和 End 方法
• 基于事件的异步模式（EAP）：事件、事件处理程序委托类型和 EventArg 派生类型
• 基于任务的异步模式（TAP）：推荐模式，.NET Framework 4 引入，基于 System.Threading.Tasks 命名空间，利用一种方法表示异步操作的启动和完成

类 LogicalMethodInfo 提供 Invoke 和 BeginInvoke 方法支持同步或异步执行委托的方法：

 public sealed class System.Web.Services.Protocols.LogicalMethodInfo{
     public object[] Invoke(object target, object[] values);
     public IAsyncResult BeginInvoke(object target, object[] values, AsyncCallback callback, object asyncState);
     public object[] EndInvoke(object target, IAsyncResult asyncResult);
 }

其中，target 是委托方法所属的类实例，values 是委托方法的参数列表。

异步方法调用模式

三种方法 调用模式区别：原线程获取异步线程已经完成的消息的方式。
 
其中，BeginInvoke 方法用于启动异步调用，EndInvoke 方法用于检索并获取异步调用结果然后释放线程占用的资源。BeginInvoke 立即返回，不等待异步方法调用完成，同时在调用时创建一个 AsyncResult 类对象，但是 BeginInvoke 返回 IAsyncResult 接口的引用，可用于监视异步方法的调用进度，调用 BeginInvoke 后可随时调用 EndInvoke 方法。
 
其中，IAsyncResult 接口 的 AsyncState 属性获取 Object 类型的对象可以作为 BeginInvoke 方法调用时的 State 参数（可根据需要自定义）。 委托定义和异步委托方法定义为：

 public delegate int MyDel(string str);
 public static int DelFun(string str){
 　　　Console.WriteLine("异步线程执行方法：DelFun() in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　Thread.Sleep(3000);
 　　　return str.Length;
 }

注：BeginInvoke 的参数是在编译时根据委托的定义动态生成的，前面参数的个数和类型与委托定义中的参数个数和类型相同，后两个参数分别是 AsyncCallback 和 Object 类型。BeginInvoke 的调用者的方法列表有且只能有一个方法。BeginInvoke 第三个参数可为任意类型，最终都可通过 AsyncState 属性获得对应值。

等待模式 Waiting-Until-Done 　

如果异步方法调用未完成，EndInvoke 将一直阻塞到异步方法调用完成才执行。其中，等待 WaitHandle 是一项常用的线程同步技术，可以通过 BeginInvoke 返回的 IAsyncResult 的 AsyncWaitHandle 属性调用 WaitOne() 方法阻止当前线程，直到获取到异步方法调用完成时发出的 WaitHandle 信号。

 public static void AsyncWaitingTest()
 {         
 　　　MyDel myDel = new MyDel(TestClass.DelFun);
 
 　　　Console.WriteLine("主线程：AsyncWaitingTest() in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　IAsyncResult iar = myDel.BeginInvoke("sqh", null, null);
 　　　Console.WriteLine("主线程继续执行... in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 
 　　　while (!iar.AsyncWaitHandle.WaitOne(1000)){
 　　　　　　Console.WriteLine("Waiting... AsyncMethod()");
 　　　}
 　　　int strLen = myDel.EndInvoke(iar);
 　　　Console.WriteLine("Str Length：{0}", strLen);
 }

轮询模式 Polling 　

利用 BeginInvoke 返回的 IAsyncResult 的 IsCompleted 属性来判断异步方法调用是否完成。

 public static void AsyncPollingTest()
 {
 　　　MyDel myDel = new MyDel(TestClass.DelFun);
 
 　　　Console.WriteLine("主线程：AsyncPollingTest() in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　IAsyncResult iar = myDel.BeginInvoke("sqh", null, null);
 　　　Console.WriteLine("主线程继续执行... in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 
 　　　while (!iar.IsCompleted){
 　　　　　　Thread.Sleep(1000);
 　　　　　　Console.WriteLine("Waiting... AsyncMethod()");
 　　　}
 　　　int strLen = myDel.EndInvoke(iar);
 　　　Console.WriteLine("Str Length：{0}", strLen);
 }

回调模式 Callback 　

调用 BeginInvoke 时提供回调方法，异步方法调用结束后，回调方法在 ThreadPool 中的异步线程上自动执行，并调用 EndInvoke 方法。
回调方法形如：void AsyncCallback(IAsyncResult iar)；

 public static void AsyncCallbackTest()
 {
 　　　MyDel myDel = new MyDel(TestClass.DelFun);
 
 　　　Console.WriteLine("主线程：AsyncCallbackTest() in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　IAsyncResult iar = myDel.BeginInvoke("sqh", CallbackMethod, myDel);
 　　　Console.WriteLine("主线程继续执行... in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 　　　// ... 其他操作，独立于异步线程
 }
 public static void CallbackMethod(IAsyncResult iar)
 {
 　　　Console.WriteLine("异步方法执行完毕，开始执行回调方法 in " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 
 　　　//AsyncResult ar = (AsyncResult)iar;  // **推荐**
 　　　//MyDel myDel = (MyDel)ar.AsyncDelegate;           
 　　　MyDel myDel = (MyDel)iar.AsyncState;  // 这种调用方式 BeginInvoke 需要 myDel 参数
 
 　　　int result = myDel.EndInvoke(iar);
 　　　Console.WriteLine(result);
 }

其他：当委托的方法列表中有多个方法时，可以利用 GetInvocationList() 方法得到 Delegate[] 数组，然后依次调用 BeginInvoke 方法，不同的方法在线程池的不同线程上运行！
[1]. 异步编程模式系列（1-6）；
[2]. 异步方法调用模式总结； 异步调用四种方法；

Taska：sync/await

• async和await共存
• async/await均不会立即发起新线程，直至遇到真正的异步方法（Task）
• await用于打分裂点，程序遇到await直接返回，异步任务完成后再执行await后的代码

// qq  ww  异步方法完成, 返回结果：GoCostThings
Console.WriteLine("qq");
var ret = FuncAsync();
Console.WriteLine("ww");

public static async Task<string> FuncAsync() {
	var document = await GoCostThings();
	Console.WriteLine("异步方法完成, 返回结果：" + document);
	return document;
}
public static Task<string> GoCostThings() {
	var task = Task.Run(() => {
		Thread.Sleep(3000);
		return "GoCostThings";
	});
	return task;
}

参考示例