C#异步有多少种实现方式？

前言

　　微信群里的一个提问引发的这个问题，有同学问：C#异步有多少种实现方式？想要知道C#异步有多少种实现方式，首先我们要知道.NET提供的执行异步操作的三种模式，然后再去了解C#异步实现的方式。

.NET异步编程模式

.NET 提供了执行异步操作的三种模式：

• 基于任务的异步模式 (TAP) ，该模式使用单一方法表示异步操作的开始和完成。TAP 是在 .NET Framework 4 中引入的。 这是在 .NET 中进行异步编程的推荐方法。C# 中的 async 和 await 关键词以及 Visual Basic 中的 Async 和 Await 运算符为 TAP 添加了语言支持。有关详细信息，请参阅基于任务的异步模式 (TAP)。

• 基于事件的异步模式 (EAP)，是提供异步行为的基于事件的旧模型。这种模式需要后缀为 Async 的方法，以及一个或多个事件、事件处理程序委托类型和 EventArg 派生类型。EAP 是在 .NET Framework 2.0 中引入的。建议新开发中不再使用这种模式。有关详细信息，请参阅基于事件的异步模式 (EAP)。

• 异步编程模型 (APM) 模式（也称为 IAsyncResult 模式），这是使用 IAsyncResult 接口提供异步行为的旧模型。在这种模式下，同步操作需要 Begin 和 End 方法（例如，BeginWrite 和 EndWrite以实现异步写入操作）。不建议新的开发使用此模式。有关详细信息，请参阅异步编程模型 (APM)。

C#异步四种实现方式

1、异步方法（Async Method TAP模式）

使用async/await关键字实现异步编程，这是比较常用的一种异步实现方式。例如：

    public async Task TestDoSomeAsync()
    {
        await Task.Delay(1000*10);
        Console.WriteLine("Async method completed.");
    }

2、任务并行库（TPL, Task Parallel Library TAP模式）

通过 Task 和 Task<T> 类型实现异步编程，可以利用多核处理器，并发执行多个独立的任务。例如：

 public static void TestTaskParallel()
        {
            var task1 = Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 1 completed.");
            });

            var task2 = Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 2 completed.");
            });

            Task<int> task3 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 3 completed.");
                return 20;// 返回一个整数值
            });

            //等待所有任务完成
            Task.WaitAll(task1, task2, task3);
        }

3、Asynchronous Programming Model（APM模式）

是一种经典的异步编程模式，需要手动创建回调函数，用于处理完成或错误的通知。可以通过 IAsyncResult 设计模式的 Begin 和 End 方法来实现，其中 Begin 方法开始异步操作，而 End 方法在异步操作完成时执行，并返回异步操作的结果。

需要注意的是，APM 模式通过 IAsyncResult 接口来存储异步操作的状态和结果，相对比较复杂，代码量也较大。同时，在使用 APM 模式时，还需要手动处理回调函数和等待异步操作完成等细节工作，使得开发起来相对较为繁琐。

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 创建异步操作类实例
            MyAsyncClass asyncClass = new MyAsyncClass();

            // 开始异步操作
            IAsyncResult result = asyncClass.BeginDoWork(null, null);

            // 主线程执行其他操作
            // 等待异步操作完成并获取结果
            int res = asyncClass.EndDoWork(result);

            // 处理异步操作的结果
            Console.WriteLine("Result: " + res);

            Console.ReadLine();
        }
    }

    class MyAsyncClass
    {
        /// <summary>
        /// 异步执行的方法
        /// </summary>
        /// <param name="callback">callback</param>
        /// <param name="state">state</param>
        /// <returns></returns>
        public IAsyncResult BeginDoWork(AsyncCallback callback, object state)
        {
            // 创建一个新的异步操作对象
            MyAsyncResult result = new MyAsyncResult(state);

            // 开始异步操作
            Thread thread = new Thread(() =>
            {
                try
                {
                    // 执行一些操作
                    int res = 1 + 2;

                    // 设置异步操作的结果
                    result.Result = res;

                    // 触发回调函数
                    callback?.Invoke(result);
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    // 设置异步操作的异常
                    result.Error = ex;

                    // 触发回调函数
                    callback?.Invoke(result);
                }

            });
            thread.Start();

            // 返回异步操作对象
            return result;
        }

        /// <summary>
        /// 结束异步执行的方法
        /// </summary>
        /// <param name="result">result</param>
        /// <returns></returns>
        public int EndDoWork(IAsyncResult result)
        {
            // 将 IAsyncResult 转换为 MyAsyncResult 类型，并等待异步操作完成
            MyAsyncResult myResult = (MyAsyncResult)result;
            myResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();

            // 在异步操作中抛出异常
            if (myResult.Error != null)
            {
                throw myResult.Error;
            }

            // 返回异步操作的结果
            return myResult.Result;
        }
    }

    class MyAsyncResult : IAsyncResult
    {
        public bool IsCompleted => AsyncWaitHandle.WaitOne(0);
        public WaitHandle AsyncWaitHandle { get; } = new ManualResetEvent(false);
        public object AsyncState { get; }
        public bool CompletedSynchronously => false;

        public int Result { get; set; }

        /// <summary>
        /// 存储异步操作的结果或异常信息
        /// </summary>
        public Exception Error { get; set; }

        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        /// <param name="asyncState">asyncState</param>
        public MyAsyncResult(object asyncState)
        {
            AsyncState = asyncState;
        }
    }

4、Event-based Asynchronous Pattern（EAP模式）

一种已过时的异步编程模式，需要使用事件来实现异步编程。例如：

需要注意的是，EAP 模式通过事件来实现异步编程，相对于 APM 模式更加简洁易懂，同时也避免了手动处理回调函数等细节工作。但是，EAP 模式并不支持 async/await 异步关键字，因此在一些特定的场景下可能不够灵活。

public class MyAsyncClass : Component
    {
        /// <summary>
        /// 声明一个委托类型，用于定义异步操作的方法签名
        /// </summary>
        /// <param name="arg"></param>
        /// <returns></returns>
        public delegate int MyAsyncDelegate(int arg);

        /// <summary>
        /// 声明一个事件，用于通知异步操作的完成
        /// </summary>
        public event MyAsyncDelegate OperationNameCompleted;

        /// <summary>
        /// 异步执行方法，接受一个参数 arg
        /// </summary>
        /// <param name="arg"></param>
        public void DoWorkAsync(int arg)
        {
            // 将异步操作放入线程池中执行
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(DoWork), arg);
        }

        /// <summary>
        /// 真正的异步操作
        /// </summary>
        /// <param name="obj"></param>
        private void DoWork(object obj)
        {
            int arg = (int)obj;
            int res = arg + 1;

            // 触发事件，传递异步操作的结果
            OperationNameCompleted?.Invoke(res);
        }
    }

使用总结   

       综合上面三种执行异步操作的模式而言，得出以下结论：TAP适合简单的并行场景，EAP更适合清晰的控制有来有往的多端异步场景，APM更适合控制求解复杂结构的返回值的场景。各有各种方便的地方，也各有表达困难的地方，有的方法看着麻烦，但是思路清晰，便于调试。有的办法看似简单，结合交互通信就让人费解。不是说新的就一定好，合适的方法才是最好的。

参考文章

https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/asynchronous-programming-patterns/