在 C# 中，异步编程主要通过 async 和 await 关键字来实现。异步编程的目的是让程序在执行耗时操作（如 I/O 操作、网络请求等）时不会阻塞主线程，从而提高程序的性能。
1. 异步编程的核心概念
async 关键字
- 用于标记一个方法为异步方法。
- 异步方法的返回类型通常是
Task、Task<T>或ValueTask。
*Task：表示一个没有返回值的异步操作。
*Task<T>：表示一个返回类型为T的异步操作。
*ValueTask：轻量版的Task，适用于高性能场景。
await 关键字
- 用于暂停异步方法的执行，直到等待的任务完成。
await只能用于async方法中。- 它不会阻塞线程，而是将控制权交回给调用方，直到任务完成后再恢复执行。
2. 异步编程的基本语法
定义异步方法
public async Task GetDataAsync()
{
// 异步操作
await Task.Delay(1000); // 模拟耗时操作
}
调用异步方法
public async Task CallAsyncMethod()
{
await GetDataAsync(); // 等待异步方法完成
Console.WriteLine("异步方法已调用.");
}
3. 异步编程的使用场景
I/O 密集型操作
- 文件读写、数据库查询、网络请求等操作通常需要较长时间，使用异步编程可以避免阻塞主线程。
UI 应用程序
- 在桌面或移动应用程序中，保持 UI 线程的响应性极为重要。异步操作可以防止 UI 卡顿，提升用户体验。
Web 应用程序
- 在 ASP.NET 等 Web 应用程序中，异步操作可以提高服务器的吞吐量，处理更多的并发请求。
并行任务
- 当需要同时执行多个独立的任务时，可以使用异步编程来提高效率。
4. 异步编程的示例
1：简单的异步方法
using System;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
static async Task Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("开始异步操作...");
await DoSomethingAsync();
Console.WriteLine("异步操作已完成.");
}
static async Task DoSomethingAsync()
{
await Task.Delay(2000); // 模拟耗时操作（2秒）
Console.WriteLine("DoSomethingAsync方法异步任务已完成.");
}
}
输出：
开始异步操作...
DoSomethingAsync方法异步任务已完成.
异步操作已完成.
2：异步文件读写
using System;
using System.IO;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
static async Task Main(string[] args)
{
string filePath = "task-test.txt";
string content = "hello async";
// 异步写入文件
await WriteFileAsync(filePath, content);
Console.WriteLine("文件已写入");
// 异步读取文件
string readContent = await ReadFileAsync(filePath);
Console.WriteLine("文件内容: " + readContent);
}
static async Task WriteFileAsync(string filePath, string content)
{
await File.WriteAllTextAsync(filePath, content);
}
static async Task<string> ReadFileAsync(string filePath)
{
return await File.ReadAllTextAsync(filePath);
}
}
输出：
文件已写入
文件内容: hello async
3：异步网络请求
using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
static async Task Main(string[] args)
{
string url = "https://xxxxx.com";
string content = await DownloadContentAsync(url);
Console.WriteLine("Content: " + content);
}
static async Task<string> DownloadContentAsync(string url)
{
using (HttpClient client = new HttpClient())
{
return await client.GetStringAsync(url);
}
}
}
4：并行异步任务
using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
static async Task Main(string[] args)
{
Task<string> task1 = DownloadContentAsync("https://xxx.com");
Task<string> task2 = DownloadContentAsync("https://xxx2.com");
string[] results = await Task.WhenAll(task1, task2);
Console.WriteLine("Task 1 result: " + results[0]);
Console.WriteLine("Task 2 result: " + results[1]);
}
static async Task<string> DownloadContentAsync(string url)
{
using (HttpClient client = new HttpClient())
{
return await client.GetStringAsync(url);
}
}
}
5. 异步编程的注意事项
- 避免
async void：
• 除了事件处理程序外，尽量避免使用async void方法，因为它无法被等待，且异常无法被捕获。 - 正确处理异常：
• 使用try-catch块来捕获异步方法中的异常。
try
{
await GetDataAsync();
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("Error: " + ex.Message);
}
- 避免阻塞异步代码：
• 不要使用.Result或.Wait()来阻塞异步任务，这可能导致死锁。
• 始终使用await来等待异步任务。 - 性能优化：
* • 对于高性能场景，可以使用ValueTask代替Task。
6. 异步编程的好处
- . 提高响应性：
- • 异步操作不会阻塞主线程，使得应用程序在等待耗时操作时保持响应。
- . 提高资源利用率：
- • 异步操作可以更高效地利用系统资源，特别是在 I/O 密集型操作中。
- . 简化代码：
- • 使用
async和await可以使异步代码的结构更加清晰，易于理解和维护。
- • 使用
总结
C# 中的异步编程通过 async 和 await 关键字实现，能够显著提高程序的响应性和性能。它特别适用于 I/O 密集型操作、UI 应用程序和 Web 应用程序等场景。通过合理使用异步编程，可以编写出高效、简洁且易于维护的代码。
