[C#] 走进异步编程的世界 - 剖析异步方法(上)

走进异步编程的世界 - 剖析异步方法(上)

  这是上篇《走进异步编程的世界 - 开始接触 async/await 异步编程(入门)的第二章内容,主要是与大家共同深入探讨下异步方法。

  本文要求了解委托的使用。

 

目录

 

介绍异步方法

     异步方法:在执行完成前立即返回调用方法,在调用方法继续执行的过程中完成任务。
     语法分析:
     (1)关键字:方法头使用 async 修饰。
     (2)要求:包含 N(N>0) 个 await 表达式(不存在 await 表达式的话 IDE 会发出警告),表示需要异步执行的任务。【备注】感谢 czcz1024 的修正与补充:没有的话,就和普通方法一样执行了。
     (3)返回类型:只能返回 3 种类型(void、Task 和 Task<T>)。Task 和 Task<T> 标识返回的对象会在将来完成工作,表示调用方法和异步方法可以继续执行。
     (4)参数:数量不限。但不能使用 out 和 ref 关键字。
     (5)命名约定:方法后缀名应以 Async 结尾。
     (6)其它:匿名方法和 Lambda 表达式也可以作为异步对象;async 是一个上下文关键字;关键字 async 必须在返回类型前。
 
图1 异步方法的简单结构图

  关于 async 关键字:

  ①在返回类型之前包含 async 关键字

  ②它只是标识该方法包含一个或多个 await 表达式,即,它本身不创建异步操作。

  ③它是上下文关键字,即可作为变量名。

 

  现在先来简单分析一下这三种返回值类型:void、Task 和 Task<T>

  (1)Task<T>:调用方法要从调用中获取一个 T 类型的值,异步方法的返回类型就必须是Task<T>。调用方法从 Task 的 Result 属性获取的就是 T 类型的值。

 1         private static void Main(string[] args)
 2         {
 3             Task<int> t = Calculator.AddAsync(1, 2);
 4 
 5             //一直在干活
 6 
 7             Console.WriteLine($"result: {t.Result}");
 8 
 9             Console.Read();
10         }
Program.cs
 1     internal class Calculator
 2     {
 3         private static int Add(int n, int m)
 4         {
 5             return n + m;
 6         }
 7 
 8         public static async Task<int> AddAsync(int n, int m)
 9         {
10             int val = await Task.Run(() => Add(n, m));
11 
12             return val;
13         }
14     }
View Code 

图2

图3

 

  (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。

 1         private static void Main(string[] args)
 2         {
 3             Task t = Calculator.AddAsync(1, 2);
 4 
 5             //一直在干活
 6 
 7             t.Wait();
 8             Console.WriteLine("AddAsync 方法执行完成");
 9 
10             Console.Read();
11         }
Program.cs
 1     internal class Calculator
 2     {
 3         private static int Add(int n, int m)
 4         {
 5             return n + m;
 6         }
 7 
 8         public static async Task AddAsync(int n, int m)
 9         {
10             int val = await Task.Run(() => Add(n, m));
11             Console.WriteLine($"Result: {val}");
12         }
13     }
View Code

 

 

图4

图5

     

  (3)void:调用方法执行异步方法,但又不需要做进一步的交互。 

 1         private static void Main(string[] args)
 2         {
 3             Calculator.AddAsync(1, 2);
 4 
 5             //一直在干活
 6 
 7             Thread.Sleep(1000); //挂起1秒钟
 8             Console.WriteLine("AddAsync 方法执行完成");
 9 
10             Console.Read();
11         }
Program.cs
 1     internal class Calculator
 2     {
 3         private static int Add(int n, int m)
 4         {
 5             return n + m;
 6         }
 7 
 8         public static async void AddAsync(int n, int m)
 9         {
10             int val = await Task.Run(() => Add(n, m));
11             Console.WriteLine($"Result: {val}");
12         }
13     }
Calculator.cs

图6

图7

 

一、控制流

     异步方法的结构可拆分成三个不同的区域:
     (1)表达式之前的部分:从方法头到第一个 await 表达式之间的所有代码。
     (2)await 表达式:将被异步执行的代码。
     (3)表达式之后的部分:await 表达式的后续部分。
 
  图1-1
 
  该异步方法执行流程:从await表达式之前的地方开始,同步执行到第一个 await,标识着第一部分执行结束,一般来说此时 await 工作还没完成。当await 任务完成后,该方法将继续同步执行后续部分。在执行的后续部分中,如果依然存在 await,就重复上述过程。
  当到达 await 表达式时,线程将从异步方法返回到调用方法。如果异步方法的返回类型为 Task 或 Task<T>,会创建一个 Task 对象,标识需要异步完成的任务,然后将 Task 返回来调用方法。
 
  图1-2
  异步方法的控制流:
  ①异步执行 await 表达式的空闲任务。
  ②await 表达式执行完成,继续执行后续部分。如再遇到 await 表达式,按相同情况进行处理。
  ③到达末尾或遇到 return 语句时,根据返回类型可以分三种情况:
    a.void:退出控制流。
    b.Task:设置 Task 的属性并退出。
    c.Task<T>:设置 Task 的属性和返回值(Result 属性)并退出。
  ④同时,调用方法将继续执行,从异步方法获取 Task 对象。需要值的时候,会暂停等到 Task 对象的 Result 属性被赋值才会继续执行。
 
  【难点】
  ①第一次遇到 await 所返回对象的类型。这个返回类型就是同步方法头的返回类型,跟 await 表达式的返回值没有关系。
  ②到达异步方法的末尾或遇到 return 语句,它并没有真正的返回一个值,而是退出了该方法。
 

二、await 表达式

  await 表达式指定了一个异步执行的任务。默认情况,该任务在当前线程异步执行

  每一个任务就是一个 awaitable 类的实例。awaitable 类型指包含 GetAwaiter() 方法的类型。

  实际上,你并不需要构建自己的 awaitable,一般只需要使用 Task 类,它就是 awaitable。

  最简单的方式是在方法中使用 Task.Run() 来创建一个 Task【注意】它是在不同的线程上执行方法。

 

  让我们一起来看看示例。

 1     internal class Program
 2     {
 3         private static void Main(string[] args)
 4         {
 5             var t = Do.GetGuidAsync();
 6             t.Wait();
 7 
 8             Console.Read();
 9         }
10 
11 
12         private class Do
13         {
14             /// <summary>
15             /// 获取 Guid
16             /// </summary>
17             /// <returns></returns>
18             private static Guid GetGuid()   //与Func<Guid> 兼容
19             {
20                 return Guid.NewGuid();
21             }
22 
23             /// <summary>
24             /// 异步获取 Guid
25             /// </summary>
26             /// <returns></returns>
27             public static async Task GetGuidAsync()
28             {
29                 var myFunc = new Func<Guid>(GetGuid);
30                 var t1 = await Task.Run(myFunc);
31 
32                 var t2 = await Task.Run(new Func<Guid>(GetGuid));
33 
34                 var t3 = await Task.Run(() => GetGuid());
35 
36                 var t4 = await Task.Run(() => Guid.NewGuid());
37 
38                 Console.WriteLine($"t1: {t1}");
39                 Console.WriteLine($"t2: {t2}");
40                 Console.WriteLine($"t3: {t3}");
41                 Console.WriteLine($"t4: {t4}");
42             }
43         }
44     }
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图2-1

图2-2

   上面 4 个 Task.Run() 都是采用了 Task Run(Func<TReturn> func) 形式来直接或间接调用 Guid.NewGuid()。

 

  Task.Run() 支持 4 中不同的委托类型所表示的方法:Action、Func<TResult>、Func<Task> 和 Func<Task<TResult>>

 1     internal class Program
 2     {
 3         private static void Main(string[] args)
 4         {
 5             var t = Do.GetGuidAsync();
 6             t.Wait();
 7 
 8             Console.Read();
 9         }
10 
11         private class Do
12         {
13             public static async Task GetGuidAsync()
14             {
15                 await Task.Run(() => { Console.WriteLine(Guid.NewGuid()); });   //Action
16 
17                 Console.WriteLine(await Task.Run(() => Guid.NewGuid()));    //Func<TResult>
18 
19                 await Task.Run(() => Task.Run(() => { Console.WriteLine(Guid.NewGuid()); }));   //Func<Task>
20 
21                 Console.WriteLine(await Task.Run(() => Task.Run(() => Guid.NewGuid())));    //Func<Task<TResult>>
22             }
23         }
24     }
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图2-3 Task.Run() 方法的重载

 

三、How 取消异步操作

   CancellationToken 和 CancellationTokenSource 这两个类允许你终止执行异步方法。

  (1)CancellationToken 对象包含任务是否被取消的信息;如果该对象的属性 IsCancellationRequested 为 true,任务需停止操作并返回;该对象操作是不可逆的,且只能使用(修改)一次,即该对象内的 IsCancellationRequested 属性被设置后,就不能改动。

  (2)CancellationTokenSource 可创建 CancellationToken 对象,调用 CancellationTokenSource 对象的 Cancel 方法,会使该对象的 CancellationToken 属性 IsCancellationRequested 设置为 true。

  【注意】调用 CancellationTokenSource 对象的 Cancel 方法,并不会执行取消操作,而是会将该对象的 CancellationToken 属性 IsCancellationRequested 设置为 true。

 

  示例

 1     internal class Program
 2     {
 3         private static void Main(string[] args)
 4         {
 5             CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
 6             CancellationToken token = source.Token;
 7 
 8             var t = Do.ExecuteAsync(token);
 9 
10             //Thread.Sleep(3000);   //挂起 3 秒
11             //source.Cancel();    //传达取消请求
12 
13             t.Wait(token);  //等待任务执行完成
14             Console.WriteLine($"{nameof(token.IsCancellationRequested)}: {token.IsCancellationRequested}");
15 
16             Console.Read();
17         }
18 
19 
20     }
21 
22     internal class Do
23     {
24         /// <summary>
25         /// 异步执行
26         /// </summary>
27         /// <param name="token"></param>
28         /// <returns></returns>
29         public static async Task ExecuteAsync(CancellationToken token)
30         {
31             if (token.IsCancellationRequested)
32             {
33                 return;
34             }
35 
36             await Task.Run(() => CircleOutput(token), token);
37         }
38 
39         /// <summary>
40         /// 循环输出
41         /// </summary>
42         /// <param name="token"></param>
43         private static void CircleOutput(CancellationToken token)
44         {
45             Console.WriteLine($"{nameof(CircleOutput)} 方法开始调用:");
46 
47             const int num = 5;
48             for (var i = 0; i < num; i++)
49             {
50                 if (token.IsCancellationRequested)  //监控 CancellationToken
51                 {
52                     return;
53                 }
54 
55                 Console.WriteLine($"{i + 1}/{num} 完成");
56                 Thread.Sleep(1000);
57             }
58         }
59     }
View Code

图3-1

图3-2 注释两行代码

图3-3:图3-1和图3-2的执行结果(注释两行代码)

  上图是不调用 Cancel() 方法的结果图,不会取消任务的执行。

 

  下图在 3 秒后调用 Cancel() 方法取消任务的执行:

图3-4:去掉注释

图3-5:图3-1和图3-4的执行结果(去掉注释)

 

小结

  • 介绍异步方法的语法、三种不同的返回值类型(void、Task 和 Task<T>)和控制流程等。
  • 简单常用的异步执行方式:Task.Run()。【注意】它是在不同的线程上执行方法。
  • 如何取消异步操作。

 

传送门

  入门:《开始接触 async/await 异步编程

  补充篇:《走进异步编程的世界 - 剖析异步方法(下)

  GUI 篇:《走进异步编程的世界 - 在 GUI 中执行异步操作

 


原文链接:http://www.cnblogs.com/liqingwen/p/5844095.html

 【参考】《Illustrated C# 2012》

posted @ 2016-09-12 09:24 反骨仔 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏