C#基础——谈谈.NET异步编程的演变史

前言

C#5.0最重要的改进，就是提供了更强大的异步编程。C#5.0仅增加两个新的关键字：async和await。

使用异步编程，方法调用是在后台运行（通常在线程或任务的帮助下），并且不会阻塞调用线程。

本文将介绍3种不同模式的异步编程：异步模式，基于事件的异步模式和新增加的基于任务的异步编程模式（TAP）。TAP是利用async和await关键字来实现的。通过这里的比较，将认识到新的增加的基于任务的异步模式的真正优势。

假设情景：我们需要进行一个耗时操作（这里使用webclient对象下载百度首页代码），接下来通过同步以及上面谈到的3种异步模式实现。

同步调用

创建一个控制台应用程序：

static void Main(string[] args)
        {
            WebClient client = new WebClient();
            client.Encoding = Encoding.UTF8;
            string resp = client.DownloadString("http://www.baidu.com");
            Console.WriteLine(resp);
            //todo:其他操作
            Console.ReadKey();
        }

运行上述代码，在执行DownloadString的时候，主线程会被阻塞，如果有用户界面，那么用户体验肯定不好，而DownloadString这个方法的执行速度取决于网速等原因，所以在这种情况下，使用异步调用就非常有必要了。

异步模式

实现异步模式定义BeginXXX方法和EndXXX方法。例如，如果有一个同步方法DownloadString,异步方法将转化成2个方法BeginDownloadString和EndDownloadString。BeginXXX异步方法接受同步方法的所有输入参数以及一个AsyncCallback参数（一个委托，在异步方法执行完调用），返回一个IAsyncResult对象，用于验证调用是否完成，EndXXX异步方法使用同步方法的所有输出参数，并以同步方法的返回类型来返回结果（简单来说就是获取异步执行方法的返回值，如果在异步执行的方法还没结束，则阻塞主线程直到异步方法执行结束）。

WebClient并没有异步模式的实现，但是可以用HttpWebRequest类来代替（该类有BeginGetResponse和EndGetResponse）：

static void Main(string[] args)
        {
            HttpWebRequest req = (HttpWebRequest)WebRequest.Create("http://www.baidu.com");
            req.BeginGetResponse(ar =>
            {
                HttpWebResponse resp = (HttpWebResponse)req.EndGetResponse(ar);

                Console.WriteLine(resp.ContentType );
                //todo:其他操作
            }, null);
            Console.WriteLine("这是主线程");
            
            Console.ReadKey();
        }

如果非要用WebClient来实现异步模式，则需要用委托（只给代码不多做介绍了）：

static void Main(string[] args)
        {
           //定义委托实例
            Func<string, string> downloadString = url =>
            {
                WebClient client = new WebClient();
                client.Encoding = Encoding.UTF8;
              return client.DownloadString(url);
              
            };
            //异步执行委托
            downloadString.BeginInvoke("http://www.baidu.com", ar =>
            {
                string resp = downloadString.EndInvoke(ar);
                Console.WriteLine(resp);
            },null);
            Console.WriteLine("这是主线程");
            
            Console.ReadKey();
        }

异步模式的优势是使用委托就能实现异步编程。不用改变程序的行为。也不会阻塞界面的操作。但是，使用异步模式的过程是非常复杂的（尤其在winform或wpf中涉及更新界面操作时）。幸运的是，.NET2.0推出了基于事件的异步模式，能很轻松更新界面。

基于事件的异步模式

基于事件的异步模式定义了一个带有“Async”后缀的方法。例如：对于同步方法DownloadString，WebClient类提供一个异步变体方法DownloadStringAsync。异步方法完成后，不是定义被调用的委托，而是定义事件。当异步方法DownloadStringAsync完成后，会直接调用DownloadStringCompleted事件，实现方式和上面差不多。但这时可以直接访问界面UI元素。

在这里我们换一个winform项目（界面只包含一个label和一个button），点击button更新label值：

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
           
            WebClient client = new WebClient();
            client.Encoding = Encoding.UTF8;
            client.DownloadStringCompleted += (sender1, e1) =>
            {
                string resp = e1.Result;
                label1.Text = resp.Substring(10);
            };
            client.DownloadStringAsync(new Uri("http://www.baidu.com"));
              
        }

基于事件的异步模式的优势在于易于使用。但是，如果在自定义类中实现这个模式，就没那么简单了。方法还是有的，可以使用BackgroundWorker类来实现异步调用同步方法。BackgroundWorker类实现了基于事件的异步模式。还有，这种模式与同步方法调用相比，顺序颠倒了。调用异步方法之前，需要定义这个方法完成时发生什么。因此，下面进入异步编程的新世界，利用async和await关键字。

基于任务的异步模式（推荐使用）

这次先看代码：

private async  void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
           
            WebClient client = new WebClient();
            client.Encoding = Encoding.UTF8;

          string resp=await client.DownloadStringTaskAsync("http://www.baidu.com");
            label1.Text = resp.Substring(10);

        }

在.NET4.5中，更新了WebClient类，提供了基于任务的异步模式。该模式定义了一个带有“Async”后缀的方法，并返回一个Task类型。由于WebClient类已经提供了一个带有“Async”后缀的方法，因此新方法名为DownloadStringTaskAsync。

DownloadStringTaskAsync方法声明返回Task<string>类型。但是，不需要为DownloadStringTaskAsync方法返回的结果声明一个Task<string>类型的变量。只要声明一个string类型的变量，并且使用await关键字。await关键字不会阻塞完成其他任务的线程。当DownloadStringTaskAsync方法完成其后台处理后，UI线程会继续并从后台线程中获得结果，赋值给resp。同时，在await关键字的下一行代码会继续执行。

现在，代码简单多了。没有阻塞，也不需要手工切回UI线程，这些都是自动实现的。代码顺序也和惯用的同步编程基本上一样了。

转换异步模式

并非.NET FrameWork的所有类在.NET 4.5中都引入了新的异步方法，有些类还是只提供了BeginXXX和EndXXX方法的异步模式，那怎么办？

我们以上面用到的HttpWebResponse为例（假设它没有新的异步方法）：Task类型的泛型参数Task<WebResponse>，定义了调用方法的返回值类型，FromAsync方法的前两个参数是委托类型，传入对应的BeginXXX和EndXXX，由于我们没有输入参数，因而也没有输入参数的对象状态，所有是null，代码如下：

private async   void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            HttpWebRequest req = (HttpWebRequest)WebRequest.Create("http://www.baidu.com");

            HttpWebResponse resp = (HttpWebResponse)await Task<WebResponse>.Factory.FromAsync(req.BeginGetResponse, req.EndGetResponse, null);

        }

之前一直对这块比较模糊，今天学了总结下，关于异步编程以及多线程还有好多东西要学，也很复杂，本文也就简单介绍到这了