C#的async 和 await 关键字

在C#中，async和await关键字是实现异步编程的核心工具。它们允许开发者编写非阻塞的代码，从而提高应用程序的响应性和吞吐量。本文将深入探讨C#中的async和await关键字，包括它们的基本概念、实现方式、高级用法和最佳实践。

1. 异步编程的基本概念
   1.1 什么是异步编程
   异步编程是一种编程范式，允许程序在等待一个长时间运行的任务（如I/O操作）完成时继续执行其他代码。

1.2 async和await关键字
async：用于声明一个方法为异步方法，它可以包含一个或多个await表达式。
await：用于暂停异步方法的执行，直到等待的任务完成。
2. 实现异步编程
2.1 使用async声明异步方法
public async Task<int> GetCountAsync()
{
// 异步操作
return await Task.Run(() => {
// 模拟长时间运行的任务
Thread.Sleep(3000);
return 42;
});
}
2.2 使用await调用异步方法
public async Task DoWorkAsync()
{
int count = await GetCountAsync();
Console.WriteLine("The count is: {count}"); } 3. 异步编程的高级特性 3.1 组合异步方法 使用await组合多个异步方法。 public async Task DoMultipleAsyncTasks() { var result1 = await Task.Run(() => DoWork1()); var result2 = await Task.Run(() => DoWork2()); // ... } 3.2 异常处理 在异步方法中使用try-catch块来处理异常。 public async Task DoWorkAsync() { try { var result = await GetCountAsync(); Console.WriteLine(result); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(“An error occurred: {ex.Message}”);
}
}
3.3 取消异步操作
使用CancellationToken来取消异步操作。
public async Task DoWorkWithCancellationAsync(CancellationToken cancellationToken)
{
while (!cancellationToken.IsCancellationRequested)
{
// 执行工作
await Task.Delay(1000, cancellationToken);
}
}
3.4 配置异步方法的超时
使用Task的Timeout方法来设置超时。
public async Task DoWorkWithTimeoutAsync()
{
try
{
await Task.Delay(5000); // 模拟长时间运行的任务
}
catch (TaskCanceledException)
{
Console.WriteLine(“The operation has timed out.”);
}
}
4. 异步编程的最佳实践
4.1 避免在循环中使用await
在循环中使用await可能会导致死锁。考虑使用Task.WhenAll来并行执行循环中的异步操作。
var tasks = numbers.Select(async number => await ProcessNumberAsync(number));
await Task.WhenAll(tasks);
4.2 使用ConfigureAwait(false)
在库方法中使用ConfigureAwait(false)以避免不必要的上下文切换。
public void LibraryMethod()
{
var result = await GetResultAsync().ConfigureAwait(false);
}
4.3 考虑使用异步构造函数
异步构造函数允许在创建对象时执行异步初始化。
public class AsyncClass
{
private readonly int _data;

public AsyncClass()
{
    _data = await GetDataAsync();
}

private async Task<int> GetDataAsync()
{
    await Task.Delay(1000); // 模拟异步操作
    return 42;
}

}
4.4 避免异步方法的返回值未使用
确保异步方法的返回值被正确使用，否则可能会阻止编译器优化。
var result = await GetCountAsync(); // 确保result被使用
4.5 考虑使用IAsyncEnumerable
对于大量数据的异步枚举，使用IAsyncEnumerable。
public async IAsyncEnumerable<int> GetNumbersAsync()
{
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
await Task.Delay(100); // 模拟异步操作
yield return i;
}
}