C#之非同步
在計算機中，一個執行緒就是一系列的命令，一個工作單元。作業系統可以管理多個執行緒，給每個執行緒分配cpu執行的時間片，然後切換不同的執行緒在這個cpu上執行。這種單核的處理器一次只能做一件事，不能同時做兩件以上的事情，只是通過時間的分配來實現多個執行緒的執行。但是在多核處理器上，可以實現同時執行多個執行緒。作業系統可以將時間分配給第一個處理器上的執行緒，然後在另一個處理器上分配時間給另一個執行緒。
非同步是相對於同步而言。跟多執行緒不能同一而論。
非同步程式設計採用future或callback機制，以避免產生不必要的執行緒。（一個future代表一個將要完成的工作。）非同步程式設計核心就是：啟動了的操作將在一段時間後完成。這個操作正在執行時，不會阻塞原來的執行緒。啟動了這個操作的執行緒，可以繼續執行其他任務。當操作完成時，會通知它的future或者回撥函式，以便讓程式知道操作已經結束。
為什麼要使用非同步：
面向終端使用者的GUI程式：非同步程式設計提高了相應能力。可以使程式在執行任務時仍能相應使用者的輸入。
伺服器端應用：實現了可擴充套件性。伺服器應用可以利用執行緒池滿足其可擴充套件性。
非同步和同步的區別：
如果以同步方式執行某個任務時，需要等待該任務完成，然後才能再繼續執行另一個任務。而用非同步執行某個任務時，可以在該任務完成之前執行另一個任務。非同步最重要的體現就是不排隊，不阻塞。
圖：單執行緒同步
圖：多執行緒同步
非同步跟多執行緒
非同步可以在單個執行緒上實現，也可以在多個執行緒上實現，還可以不需要執行緒（一些IO操作）。
圖：單執行緒非同步
圖：多執行緒非同步
非同步是否建立執行緒
非同步可以分為CPU非同步和IO非同步。非同步在CPU操作中是必須要跑線上程上的，一般情況下這時我們都會新開一個執行緒執行這個非同步操作。但在IO操作中是不需要執行緒的，硬體直接和記憶體操作。
但是是否建立執行緒取決於你的非同步的實現方式。比如在非同步你用ThreadPool,Task.Run()等方法是建立了一個執行緒池的執行緒，那麼該非同步是在另一個執行緒上執行。
C#實現非同步的四種方式：
- 非同步模式BeginXXX,EndXXX
- 事件非同步xxxAsync，xxxCompleted
- 基於任務
Task的非同步 async,await關鍵字非同步
非同步模式
非同步模式是呼叫Beginxxx方法，返回一個IAsyncResult型別的值，在回撥函式裡呼叫Endxxxx（IAsyncResult）獲取結果值。
非同步模式中最常見的是委託的非同步。
如：宣告一個string型別輸入引數和string型別返回值的委託。呼叫委託的BeginInvoke方法，來非同步執行該委託。
Func<string, string> func = (string str) =>
{
Console.WriteLine(str);
return str + " end";
};
func.BeginInvoke("hello",IAsyncResult ar =>
{
Console.WriteLine(func.EndInvoke(ar));
}, null);
//輸出：
//hello
//hello endBeginInvoke方法的第一個參數列示委託的輸入引數。
第二個參數列示IAsyncResult型別輸入引數的回撥函式，其實也是個委託。
第三個引數是個狀態值。
事件非同步
事件非同步有一個xxxAsync方法，和對應該方法的 xxxCompleted事件。
如： backgroundworker和progressbar結合
public partial class MainWindow : Window
{
private BackgroundWorker bworker = new BackgroundWorker();
public MainWindow()
{
InitializeComponent();
//支援報告進度
bworker.WorkerReportsProgress = true;
//執行具體的方法
bworker.DoWork += Bworker_DoWork;
//進度變化時觸發的事件
bworker.ProgressChanged += Bworker_ProgressChanged;
//非同步結束時觸發的事件
bworker.RunWorkerCompleted += Bworker_RunWorkerCompleted;
Loaded += MainWindow_Loaded;
}
private void MainWindow_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
{
//開始非同步執行
bworker.RunWorkerAsync();
}
private void Bworker_RunWorkerCompleted(object sender, RunWorkerCompletedEventArgs e)
{
//非同步完成時觸發的事件
progressBar.value=100;
}
private void Bworker_ProgressChanged(object sender, ProgressChangedEventArgs e)
{
//獲取進度值複製給progressBar
progressBar.Value = e.ProgressPercentage;
}
private void Bworker_DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
{
for (int j = 0; j <= 100; j++)
{
//呼叫進度變化方法，觸發進度變化事件
bworker.ReportProgress(j);
Thread.Sleep(100);
}
}
}
Task模式的非同步
Task是在Framework4.0提出來的新概念。Task本身就表示一個非同步操作（Task預設是執行線上程池裡的執行緒上）。它比執行緒更輕量，可以更高效的利用執行緒。並且任務提供了更多的控制操作。
- 實現了控制任務執行順序
- 實現父子任務
- 實現了任務的取消操作
- 實現了進度報告
- 實現了返回值
- 實現了隨時檢視任務狀態
任務的執行預設是由任務排程器來實現的(任務呼叫器使這些任務並行執行)。任務的執行和執行緒不是一一對應的。有可能會是幾個任務在同一個執行緒上執行，充分利用了執行緒，避免一些短時間的操作單獨跑在一個執行緒裡。所以任務更適合CPU密集型操作。
Task 啟動
任務可以賦值立即執行，也可以先由建構函式賦值，之後再呼叫。
//啟用執行緒池中的執行緒非同步執行
Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
//啟用執行緒池中的執行緒非同步執行
Task t2 = Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
Task t3 = new Task(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
t3.Start();//啟用執行緒池中的執行緒非同步執行
t3.RunSynchronously();//任務同步執行Task 等待任務結果，處理結果
Task t1 = Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
Task t2 = Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("Task啟動...");
});
//呼叫WaitAll() ，會阻塞呼叫執行緒，等待任務執行完成 ,這時非同步也沒有意義了
Task.WaitAll(new Task[] { t1, t2 });
Console.WriteLine("Task完成...");
//呼叫ContinueWith，等待任務完成，觸發下一個任務，這個任務可當作任務完成時觸發的回撥函式。
//為了獲取結果，同時不阻塞呼叫執行緒，建議使用ContinueWith，在任務完成後，接著執行一個處理結果的任務。
t1.ContinueWith((t) =>
{
Console.WriteLine("Task完成...");
});
t2.ContinueWith((t) =>
{
Console.WriteLine("Task完成...");
});
//呼叫GetAwaiter()方法，獲取任務的等待者，呼叫OnCompleted事件，當任務完成時觸發
//呼叫OnCompleted事件也不會阻塞執行緒
t1.GetAwaiter().OnCompleted(() =>
{
Console.WriteLine("Task完成...");
});
t2.GetAwaiter().OnCompleted(() =>
{
Console.WriteLine("Task完成...");
});
Task 任務取消
//例項化一個取消例項
var source = new CancellationTokenSource();
var token = source.Token;
Task t1 = Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(2000);
//判斷是否任務取消
if (token.IsCancellationRequested)
{
//token.ThrowIfCancellationRequested();
Console.WriteLine("任務已取消");
}
Thread.Sleep(500);
//token傳遞給任務
}, token);
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine(t1.Status);
//取消該任務
source.Cancel();
Console.WriteLine(t1.Status);
Task 返回值
Task<string> t1 = Task.Run(() => TaskMethod("hello"));
t1.Wait();
Console.WriteLine(t1.Result);
public string TaskMethod(string str)
{
return str + " from task method";
}
Task非同步操作，需要注意的一點就是呼叫Waitxxx方法，會阻塞呼叫執行緒。
async await 非同步
首先要明確一點的就是async await 不會建立執行緒。並且他們是一對關鍵字，必須成對的出現。
如果await的表示式沒有建立新的執行緒，那麼一個非同步操作就是在呼叫執行緒的時間片上執行，否則就是在另一個執行緒上執行。
async Task MethodAsync()
{
Console.WriteLine("非同步執行");
await Task.Delay(4000);
Console.WriteLine("非同步執行結束");
}一個非同步方法必須有async修飾，且方法名以Async結尾。非同步方法體至少包含一個await表示式。await 可以看作是一個掛起非同步方法的一個點，且同時把控制權返回給呼叫者。非同步方法的返回值必須是Task或者Task<T>。即如果方法沒有返回值那就用Task表示，如果有一個string型別的返回值，就用Task泛型Task<string>修飾。
非同步方法執行流程：
- 主執行緒呼叫MethodAsync方法，並等待方法執行結束
- 非同步方法開始執行，輸出“非同步執行”
- 非同步方法執行到await關鍵字，此時MethodAsync方法掛起，等待await表示式執行完畢，同時將控制權返回給呼叫方主執行緒，主執行緒繼續執行。
- 執行Task.Delay方法，同時主執行緒繼續執行之後的方法。
Task.Delay結束，await表示式結束，MehtodAsync執行await表示式之後的語句，輸出“非同步執行結束”。
和其他方法一樣，async方法開始時以同步方式執行。在async內部，await關鍵字對它的引數執行一個非同步等待。它首先檢查操作是否已經完成，如果完成了，就繼續執行（同步方式）。否則它會暫停async方法，並返回，留下一個未完成的Task。一段時間後，操作完成，async方法就恢復執行。
一個async方法是由多個同步執行的程式塊組成的，每個同步程式塊之間由await語句分隔。第一個同步程式塊是在呼叫這個方法的執行緒中執行，但其他同步程式塊在哪裡執行呢？情況比較複雜。
最常見的情況是用await語句等待一個任務完成，當該方法在await處暫停時，就可以捕獲上下文（context）。如果當前SynchronizationContext不為空，這個上下文就是當前SynchronizationContext。如果為空，則這個上下文為當前TaskScheduler。該方法會在這個上下文中繼續執行。一般來說，執行在UI執行緒時採用UI上下文，處理Asp.Net請求時採用Asp.Net請求上下文，其他很多情況下則採用執行緒池上下文。
因為，在上面的程式碼中，每個同步程式塊會試圖在原始的上下文中恢復執行。如果在UI執行緒呼叫async方法，該方法的每個同步程式塊都將在此UI執行緒上執行。但是，如果線上程池中呼叫，每個同步程式塊將線上程池上執行。
如果要避免這種行為，可以在await中使用configureAwait方法，將引數ContinueOnCapturedContext設定為false。async方法中await之前的程式碼會在呼叫的執行緒裡執行。在被await暫停後，await之後的程式碼則會線上程池裡繼續執行。
async Task MethodAsync()
{
Console.WriteLine("非同步執行");//同步程式塊1
await Task.Delay(4000).ConfigureAwait(false);
Console.WriteLine("非同步執行結束");//同步程式塊2
}我們可能想當然的認為Task.Delay會阻塞執行執行緒，就跟Thread.Sleep一樣。其實他們是不一樣的。Task.Delay建立一個將在設定時間後執行的任務。就相當於一個定時器，多少時間後再執行操作。不會阻塞執行執行緒。
當我們在非同步執行緒中呼叫Sleep的時候，只會阻塞非同步執行緒。不會阻塞到主執行緒。
async Task Method2Async()
{
Console.WriteLine("await執行前..."+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
await Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("await執行..." + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("await執行結束..." + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
Console.WriteLine("await之後執行..."+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
//輸出：
//await執行前...9
//await執行...12
//await之後執行...9
//await執行結束...12上面的非同步方法，Task建立了一個執行緒池執行緒，Thread.Sleep執行線上程池執行緒中。
參考：