如何正确对于道德的理解正确的有.NET 4.5和C#5.0中的async/await异步编程模式

每一个版本的.net都会引入一些新的特性这些特性方便开发人员能够快速实现一些功能。虽然.net版本一直在更新但是新版本对旧版本的程序都是兼容的,在这一点上微软做嘚还是非常好的每次学一个新内容,第一次接触的方法在脑海里占的位置还是比较重要的从刚开始接触.net的多线程编程是使用Thread类,然后後面写的程序只要用到异步或者多线程就马上会想到用Thread虽然知道委托的异步调用也能够实现,但是脑海里面的排在前面还是Thread类在那个時候不知道他们之间的区别和优劣,也就不懂得如何去取舍到了.里面的有哪一些异步实现的方式以及多线程内部的一些机制,也知道它們各自的优势在接触Task类的时候.4.0(包含)以前的的异步编程模式可以参考我的另外一篇博文:

下面看一段由async定义的异步方法以及异步方法的調用代码,如下:

在解释程序的执行原理之前先介绍一下async和await关键的语法,async只能修饰方法和lambda表达式或者匿名方法await通常应用于Task或Task<TResult>对象前,鼡于等待任务完成

1、主线程【9】进入Main方法,执行no.1异步方法

3、主线程【9】执行no.3异步任务方法,由于no.3表达式前面await关键字修饰所以要等待任务完成之后才会执行out.6。

5、开始执行Task任务程序从线程池中获取一个任务线程【10】执行no.4的任务。

6、任务线程【10】开始任务执行out.3;

7、在线程【10】执行任务的同时,主线程【9】同步运行当执行到no.5时,遇到await关键字会一直等待任务的完成,不会再执行下面的out.5因此主线往上返囙Main方法中,执行out.4到此,主线程的代码执行完毕

8、任务线程【10】执行任务完成,然后再执行no.5后面的代码out.5最后返回任务执行的结果。

9、這时no.3一直等待的任务已经执行完毕再从线程池中开启一个线程【6】调用no.3之后的代码。

10、到此整个程序就执行完毕了

其实在async和await关键字的異步实现依然是使用线程池中的线程。个人认为内部是使用Task类实现的,只是在任务结束时的回调比单独使用Task要简单一些单独使用Task类实現异步时,当任务完成要进行回调需要对Task对象调用ContinueWith方法,绑定任务结束后的回调函数并传递相关参数而使用async和await实现异步时,只需要使鼡Task去执行任务然后用await去等待任务执行的结果就好了,并不会阻塞主线程的运行整个编码过程和同步实现差不多,这个例子就是一个很恏的说明

1、异步的方法(包括匿名方法,和lambda表达式)必须要使用async修饰

3、await 运算符应用于一个异步方法的任务挂起方法的执行直到等待任務完成。 任务表示正在进行的工作

4、await 表达式不阻止调用它的线程。  当任务完成时将会调用其延续任务,并且异步方法的执行恢复它將会停止的位置。换句话说就是:await会让当前方法等待Task执行完毕再执行

}

传统的异步编程改善程序的响应

峩们对比下上面使用async和await关键字来实现异步编程的代码和在第二部分的同步代码有没有发现使用async和await关键字的异步实现和同步代码的实现很潒,只是异步实现中多了async和await关键字和调用的方法都多了async后缀而已。正是因为他们的实现很像所以我在第四部分才命名为使用async和await使异步编程哽简单,就像我们在写同步代码一样并且代码的coding思路也是和同步代码一样,这样就避免考虑在APM中委托的回调等复杂的问题以及在EAP中考慮各种事件的定义。从代码部分我们可以看出async和await的使用确实很简单我们就如在写同步代码一般,但是我很想知道编译器到底给我们做了怎样的处理的并且从运行结果可以发现,运行异步方法的线程和GUI线程的ID是一样的也就是说异步方法的运行在GUI线程上,所以就不用像APM中那样考虑跨线程访问的问题了(因为通过委托的BeginInvoke方法来进行回调方法时回调方法是在线程池线程上执行的)。下面就用反射工具看看编译器紦我们的源码编译成什么样子的:

对于按钮点击事件的代码来说编译器生成的背后代码却是下面这样的,完全和我们源码中的两个样:

// 編译器为按钮Click事件生成的代码
 

看到上面的代码,作为程序员的我想说——编译器你怎么可以这样呢怎么可以任意篡改我的代码呢?这样不昰侵犯我的版权了吗你要改最起码应该告诉我一声吧,如果我的源码看到它在编译器中的实现是上面那样的我相信我的源码会说——難道我中了世间上最恶毒的面目全非脚吗? 好吧为了让大家更好地理清编译器背后到底做了什么事情,下面就顺着上面的代码摸瓜我吔来展示耍一套还我漂漂拳来帮助大家找到编译器代码和源码的对应关系。我的分析思路为:

1、提出问题——我的click事件的源码到哪里去了呢

  从编译器代码我们可以看到,前面的7句代码都是对某个类进行赋值的操作最真正起作用的就是最后Start方法的调用。这里又产生了几個疑问——<btnClick_Click>d__0是什么类型? 该类型中的<>t__builder字段类型的Start方法到底是做什么用的 有了这两个疑问,我们就点击<btnClick_Click>d__0(反射工具可以让我们直接点击查看)来看看它是什么类型

// 该类型是编译器生成的一个嵌入类型 // 看到该类型的实现有没有让你联想到什么 default:
            // 获取用于等待Task(任务)的等待者。你要知道某个任务是否完成我们就需要一个等待者对象对该任务进行一个监控,所以微软就定义了一个等待者对潒的
            // 从这里可以看出其实async和await关键字背后的实现原理是基于任务的异步编程模式(TAP) // 这里代码是在线程池线程上运荇的 }
           
// 设置状态为0为了退出回调方法。

 <>t__doFinallyBodies = false;
            // 返回到调用线程,即GUI线程,这也是该方法不会堵塞GUI线程的原因,不管任务是否完成都返回到GUI线程 }
// 当任务完成时不会执行下面的代码,会直接执行Label_007A中代码

  如果你看过我的的话,相信你肯定可鉯联想到该结构体就是一个迭代器的一个实现,其主要方法就是MoveNext方法从上面的代码的注释应该可以帮助我们解决在第一步提到的第一个问題,即<btnClick_Click>d__0是什么类型,下面就分析下第二个问题,从<btnClick_Click>d__0结构体的代码中可以发现<>t__builder的类型是AsyncVoidMethodBuilder类型,下面就看看它的方法的解释——运行关联状态机的生荿器,即调用该方法就可以开始运行状态机,运行状态机指的就是执行MoveNext方法(MoveNext方法中有我们源码中所有代码,这样就把编译器生成的Click方法与我们的源码关联起来了)从上面代码注释中可以发现,当该MoveNext被调用时会立即还回到GUI线程中同时也有这样的疑问——刚开始调用MoveNext方法时,任务肯萣是还没有被完成的但是我们输出我们源码中的代码,必须等待任务完成(因为任务完成才能调转到Label_007A中的代码)此时我们应该需要回調MoveNext方法来检查任务是否完成,(就如迭代器中的我们需要使用foreach语句一直调用MoveNext方法),然而我们在代码却没有找到回调的任何代码啊 对于这個疑问,回调MoveNext方法肯定是存在的只是首次看上面代码的朋友还没有找到类似的语句而已,上面代码注释中我提到了一个问题——这个代碼是做什么用的呢让我们带着问题看下面的分析,其实注释下面的代码就是起到回调MoveNext方法的作用, 方法就是调度状态机去执行MoveNext方法,从而也僦解决了回调MoveNext的疑问了

相信大家从上面的解释中可以找到源码与编译器代码之间的对应关系了吧, 但是我在分析完上面的之后,又有一个疑問——当任务完成时,是如何退出MoveNext方法的呢总不能让其一直回调吧,从上面的代码的注释可以看出当任务执行完成之后,会把<>1__state设置为0,當下次再回调MoveNext方法时就会直接退出方法然而任务没完成之前,同样也会把<>1__state设置为0但是Switch部分后面的代码又把<>1__state设置为-1,这样就保证了在任务沒完成之前,MoveNext方法可以被重复回调当任务完成之后,<>1__state设置为-1的代码将不会执行而是调转到Label_007A部分。

经过上面的分析之后,相信大家也可以耍出一套还我漂漂拳去分析异步方法AccessWebAsync(),其分析思路是和btnClick_Click的分析思路是一样的.这里就不重复啰嗦了

分析完之后,下面再分享下几个关于async和await常问嘚问题

问题一:是不是写了async关键字的方法就代表该方法是异步方法,不会堵塞线程呢

  答: 不是的,对于只标识async关键字的(指在方法内没囿出现await关键字)的方法,调用线程会把该方法当成同步方法一样执行,所以然而会堵塞GUI线程,只有当async和await关键字同时出现该方法才被转换为异步方法处理。

问题二:“async”关键字会导致调用方法用线程池线程运行吗?

不会,被async关键字标识的方法不会影响方法是同步还是异步运行并完成,而是它使方法可被分割成多个片段,其中一些片段可能异步运行这样这个方法可能异步完成。这些片段界限就出现在方法内部显示使用”await”关键字的位置处所以,如果在标记了”async”的方法中没有显示使用”await”那么该方法只有一个片段,并且将以同步方式运行并完成在await關键字出现的前面部分代码和后面部分代码都是同步执行的(即在调用线程上执行的,也就是GUI线程所以不存在跨线程访问控件的问题),await关鍵处的代码片段是在线程池线程上执行总结为——使用async和await关键字实现的异步方法,此时的异步方法被分成了多个代码片段去执行的而鈈是像之前的异步编程模型(APM)和EAP那样,使用线程池线程去执行一整个方法

关于更多async和await关键字的常问问题可以查看——和中文翻译——

  寫到这里本专题的内容就介绍到这里的,并且我也会把本专题的内容同步到之前的索引,这样我的C#特性系列也就完整了并且该专题也是异步编程的最后一篇专题,在后面的专题将为大家实现一个类似迅雷的多任务多线程下载器对于这个专题可能会用到并行编程的内容,所鉯接下面我为为大家分享下并行编程的内容

  根据 一路转圈的雪人的建议,因为对于刚使用await的人经常会问“帮来看一下怎么死锁了,怎么办啊要死了,怎么解决”,对于这样的问题大家应该明白一点就是——使用async标识的异步方法的运行在GUI线程上(对于这点大家一定偠明白在我文章中的剖析部分也详细介绍了原因,阅读文章的人应该重点了解)所以就不用像APM中那样考虑跨线程访问的问题了

}

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