概念

什麼是異步編程？

異步編程是可以讓程序並行運行的一種手段，其可以讓程序中的一個工作單元與主應用程序線程分開獨立運行，並且在工作單元運行結束後，會通知主應用程序線程它的運行結果或者失敗原因。使用異步編程可以提高應用程序的性能和響應能力。[^1]

應當注意的是，所謂的異步編程能提高效率這句話並不嚴謹，嚴格的來說它是利用了等待時間以優化整體的時間效率，而對於其中任意一項工作其本來的效率並沒提高。

如果你對此概念的理解還是十分抽象，下面我們用一道小學數學題來舉例。

小明的媽媽做飯要a分鐘，燒水要b分鐘，請問小明媽媽燒水並做飯一共要多長時間（a與b均大於0）？我們不妨記最終所用時間為T，則有如下情況：

• 對於傳統的同步編程來講，小明媽媽要先燒水然後做飯或者先做飯然後去燒水，燒水或做飯的時間內是無法做其他事情的，這個等待的過程我們稱為阻塞的。這樣所用的總時間如下

T1=a+bT1=a+b

• 然而對於異步編程，就是讓小明媽媽將燒水壺通電進行燒水，燒水由燒水壺負責，而小明媽媽可以一邊做飯一邊等水燒開。簡單來講就是在等待一件事情完成的同時，利用這段空閒時間去做其他事情，這個過程是非阻塞的。所以所用時間如下：

T2=max(a,b)T2=max(a,b)

然而由簡單的數學知識可知

x≤max(a,b)<a+b, x∈{a,b}x≤max(a,b)<a+b, x∈{a,b}

所以問題來了：對於燒水或做飯的效率提高了嗎？答案是沒有。因為燒水仍然要b分鐘，做飯仍然要a分鐘。然而對於整體的效率卻得到了提升，就如上方公式所表示的那樣。

async\await關鍵字

異步方法的定義

在.net中所謂的異步方法，一般是指async關鍵字修飾的方法。該方法有如下特點：

• 異步方法的返回值一般是Task<T>，T是真正的返回值類型，如Task<int>。即使方法沒有返回值，也最好把返回值聲明為非泛型的Task。（按鈕等控件事件響應方法用void）

• 異步方法名字以Async結尾。

• 調用異步方法時，一般方法前面加上await關鍵字，這樣返回值就是泛型指定的T類型。

• 一個方法中如果有await調用的異步方法，那麼該方法也必須是async修飾的異步方法。

下面我們利用C#自帶的異步同步方法寫入再讀取txt文件

同步方法：

儘管這種方式可以達成目的，但是還是不推薦，因為這種方式可能會面臨死鎖的風險。

死鎖是指兩個或兩個以上的進程在執行過程中，由於競爭資源或者由於彼此通信而造成的一種阻塞的現象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。此時稱系統處於死鎖狀態或系統產生了死鎖，這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖進程。[^2]

異步方法的線程委託

在一些情況下我們可能會將異步方法放到線程池來執行。

如果該方法是用正則表達式寫的匿名方法的話，則只需要在前面使用async關鍵字即可。

通過查看代碼我們便知道，真正的Main實際上是void類型的，這是編譯器幫我們搞定的，這個Main中調用了寫代碼的時候被async修飾返回值為Task的Main函數。

而通過查看<Main>d_0的代碼我們可以分析出async與await的底層原理：

• async的方法會被C#編譯器編譯成一個類，會主要根據await調用切分成多個狀態，對async方法的調用會被拆分為MoveNext的調用。

• await看似是等待，實際上編譯後沒有等待。await調用的等待期間，.net會把當前的線程返回給線程池，等異步方法調用執行完畢後，框架會從線程池再取出來一個線程執行後續代碼。此外這裡還進行了優化，到要等待的時候如果發現已經執行結束了，那就沒必要切換線程了，剩下的代碼繼續在之前的線程上執行。

結束

異步方法的基本內容大概就這些了