异步编程是一种思路

异步相当于对线程池的封装

await相当于让另一个线程来干这个事	

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常见概念

已经有多线程了，为何还要异步

多线程与异步是不同的概念

异步并不意味着多线程，单线程同样可以异步
异步默认借助线程池
多线程经常阻塞，而异步要求不阻塞

多线程与异步的适用场景不同

多线程

适合CPU密集型操作
适合长期运行的任务
线程的创建与销毁开销较大
提供更底层的控制，操作线程、锁、信号量等
线程不易于传参及返回
线程的代码书写较为繁琐

异步

适合IO密集型操作
适合短暂的小任务
避免线程阻塞，提高系统响应能力

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什么是异步任务(Task)

包含了异步任务的各种状态的一个引用类型

正在运行、完成、结果、报错等

public class TODO {
    public static event Func<object, string> foo;

    static void Main() {

        Task<string> task = new Task<string>((n) => {
            Thread.Sleep(1500);
            for (int i = 0; i < (int)n; i++) {
                Console.WriteLine("DONE {0}", i);
            }
            return "ok";
        }, 3);

        Console.WriteLine(task.Status);
        task.Start();
        Console.WriteLine(task.Status);
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine(task.Status);
        Thread.Sleep(2000);
        Console.WriteLine(task.Status);
        Console.WriteLine(task.Result);
    }
}

输出结果

Created
WaitingToRun
Running
DONE 0
DONE 1
DONE 2
RanToCompletion
ok

另有ValueTask值类型版本

对于异步任务的抽象

开启异步任务后，当前线程并不会阻塞，而是可以去做其他事情
异步任务(默认)会借助线程池在其他线程上运行
获取结果后回到之前的状态

任务的结果

返回值为Task的方法表示异步任务没有返回值
返回值为Task<T>则表示有类型为T的返回值

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异步方法(async Task)

将方法标记async 后，可以在方法中使用await关键字

await关键字会等待异步任务的结束，并获得结果

async + await 会将方法包装成状态机，await类似于检查点

MoveNext方法会被底层调用，从而切换状态

async Task

返回值依旧是Task类型，但是在其中可以使用await关键字
在其中写返回值可以直接写Task<T> 中的T类型，不用包装成Task<T>

async void

同样是状态机，但缺少记录状态的Task对象
无法聚合异常(Aggregate Exception)，需要谨慎处理异常
几乎只用于对于事件的注册

*异步编程具有传染性(Contagious)
*
一处async，处处async
几乎所有自带方法都提供了异步的版本

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重要思想:不阻塞!

await会暂时释放当前线程，使得该线程可以执行其他工作，而不必阻塞线程直到异步操作完成

不要在异步方法里用任何方式阻塞当前线程

常见阻塞情形

Task.Wait() & Task.Result

如果任务没有完成，则会阻塞当前线程，容易导致死锁

Task.GetAwaiter().GetResult()，不会将Exception 包装为AggregateException

Task.Delay() vs. Thread.Sleep()

后者会阻塞当前的线程，这与异步编程的理念不符
前者是一个异步任务，会立刻释放当前的线程

IO等操作的同步方法

其他繁重且耗时的任务

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同步上下文

一种管理和协调线程的机制，允许开发者将代码的执行切换到特定的线程

WinForms与WPF拥有同步上下文(UI 线程)，而控制台程序默认没有

ConfigureAwait(false)

配置任务通过await方法结束后是否会到原来的线程，默认为true
一般只有UI线程会采用这种策略

TaskScheduler

控制Task的调度方式和运行线程

线程池线程Default
当前线程CurrentThread
单线程。上下文STAThread
长时间运行线程LongRunning

优先级、上下文、执行状态等

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一发即忘（Fire-and-forget）

调用一一个异步方法，但是并不使用await或阻塞的方式去等待它的结束
无法观察任务的状态(是否完成、是否报错等)

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简单任务

如何创建异步任务？

Task.Run()

Task.Factory.StartNew()

提供更多功能，比如TaskCreationOptions.L ongRunning
Task.Run相当于简化版

new Task + Task.Start()

很少有创建一个Task却没有让他立刻开始的

例子

public class TODO {

    static async Task Main() {
        
        Console.WriteLine(12);
        Console.WriteLine("ThreadId" + Environment.CurrentManagedThreadId.ToString());
        var task = await Task.Run(heavyJob);
        //Console.WriteLine(task);
        Console.WriteLine(123);
    }
    public static int heavyJob() {
        Console.WriteLine("ThreadId" + Environment.CurrentManagedThreadId.ToString());
        Thread.Sleep(10);
        return 1;
    }


}

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如何同时开启多个异步任务？

public class TODO {
    static async Task Main() {
        var inputs = Enumerable.Range(10, 10).ToArray();
        var tasks = new List<Task<int>>();
        Console.WriteLine(Environment.CurrentManagedThreadId);
        foreach (var input in inputs) {
            tasks.Add(foo(input));
        }
        await Task.WhenAll(tasks);
        var outputs = tasks.Select(x => x.Result).ToArray();
        foreach (var output in outputs) {
            Console.WriteLine(output);
        }
    }
    public static async Task<int> foo(int input) {
        await Task.Delay(5000);
        return input * 2;
    }
}

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任务如何取消？

CancellationTokenSource + CancellationToken

public class TODO {
    static async Task Main() {
        var cts = new CancellationTokenSource();
        try {
            var task = Task.Delay(100000, cts.Token);
            Thread.Sleep(2000);
            cts.Cancel();//抛出异常
            await task;
        } catch (TaskCanceledException) {
            Console.WriteLine("ss");
        } finally {
            cts.Cancel();
        }
    }
}

OperationCanceledException & TaskCanceledException

推荐异步方法都带上CancellationToken这一传参

你自己写了异步方法却不支持传入这个————我可以不用，但不能没有

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任务超时如何实现？

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在异步任务中汇报进度？

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如何在同步方法中调用异步方法？

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常见的误区

异步一定是多线程？

异步编程不必需要多线程来实现

比如可以在单个线程上使用异步I/O 或事件驱动的编程模型(EAP)

单线程异步:自己定好计时器，到时间之前先去做别的事情
多线程异步:将任务交给不同的线程，并由自己来进行指挥调度

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异步方法一定要写成async Task？

async关键字只是用来配合await 使用，从而将方法包装为状态机

本质上仍然是Task,只不过提供了语法糖，并且函数体中可以直接return Task的泛型类型

接口中无法声明async Task

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await一定会切换同步上下文？

在使用await关键字调用并等待一个异步任务时，异步方法不一定会立刻来到新的线程上

如果await了一个已经完成的任务(包括Task.Delay(0))，会直接获得结果

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异步可以全面取代多线程？

异步编程与多线程有一定关系，但两者并不是可以完全互相替代

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Task.Result 一定会阻塞当前线程？

如果任务已经完成，那么Task.Result 可以直接得到结果

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开启的异步任务一定不会阻塞当前线程？

await关键字不一定会立刻释放当前线程，所以如果调用的异步方法中存在阻塞(如Thread.Sleep(O))
那么依旧会阻塞当前上下文对应的线程

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同步机制

传统方法

Monitor(lock)
Mutex
Semaphore
EventWaitHandle

轻量型

所有只有SemaphoreSlim不阻塞
ManualResetEventSlim

并发集合

第三方库

AsyncManulResetEvent

Miccrosoft.VisualStudio.Threading

AsyncLock

Nito.AsyncEx