走进异步编程的世界 - 开始接触 async/await

序

　　这是学习异步编程的入门篇。

　　涉及 C# 5.0 引入的 async/await，但在控制台输出示例时经常会采用 C# 6.0 的 $"" 来拼接字符串，相当于string.Format() 方法。

一、What's 异步？

启动程序时，系统会在内存中创建一个新的进程。进程是构成运行程序资源的集合。

在进程内部，有称为线程的内核对象，它代表的是真正的执行程序。系统会在 Main 方法的第一行语句就开始线程的执行。

线程：

①默认情况，一个进程只包含一个线程，从程序的开始到执行结束；

②线程可以派生自其它线程，所以一个进程可以包含不同状态的多个线程，来执行程序的不同部分；

③一个进程中的多个线程，将共享该进程的资源；

④系统为处理器执行所规划的单元是线程，而非进程。

一般来说我们写的控制台程序都只使用了一个线程，从第一条语句按顺序执行到最后一条。但在很多的情况下，这种简单的模型会在性能或用户体验上不好。

例如：服务器要同时处理来自多个客户端程序的请求，又要等待数据库和其它设备的响应，这将严重影响性能。程序不应该将时间浪费在响应上，而要在等待的同时执行其它任务！

现在我们开始进入异步编程。在异步程序中，代码不需要按照编写时的顺序执行。这时我们需要用到 C# 5.0 引入的 async/await 来构建异步方法。

我们先看一下不用异步的示例：

 1     class Program
 2     {
 3         //创建计时器
 4         private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();
 5 
 6         private static void Main(string[] args)
 7         {
 8             //启动计时器
 9             Watch.Start();
10 
11             const string url1 = "http://www.cnblogs.com/";
12             const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/";
13 
14             //两次调用 CountCharacters 方法（下载某网站内容，并统计字符的个数）
15             var result1 = CountCharacters(1, url1);
16             var result2 = CountCharacters(2, url2);
17 
18             //三次调用 ExtraOperation 方法（主要是通过拼接字符串达到耗时操作）
19             for (var i = 0; i < 3; i++)
20             {
21                 ExtraOperation(i + 1);
22             }
23 
24             //控制台输出
25             Console.WriteLine($"{url1} 的字符个数：{result1}");
26             Console.WriteLine($"{url2} 的字符个数：{result2}");
27 
28             Console.Read();
29         }
30 
31         /// <summary>
32         /// 统计字符个数
33         /// </summary>
34         /// <param name="id"></param>
35         /// <param name="address"></param>
36         /// <returns></returns>
37         private static int CountCharacters(int id, string address)
38         {
39             var wc = new WebClient();
40             Console.WriteLine($"开始调用 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
41 
42             var result = wc.DownloadString(address);
43             Console.WriteLine($"调用完成 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
44 
45             return result.Length;
46         }
47 
48         /// <summary>
49         /// 额外操作
50         /// </summary>
51         /// <param name="id"></param>
52         private static void ExtraOperation(int id)
53         {
54             //这里是通过拼接字符串进行一些相对耗时的操作
55             var s = "";
56 
57             for (var i = 0; i < 6000; i++)
58             {
59                 s += i;
60             }
61 
62             Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
63         }
64     }

图1-1 运行的效果图，以毫秒（ms）为单位

　　【备注】一般来说，直接拼接字符串是一种比较耗性能的手段，如果对字符串拼接有性能要求的话应该使用 StringBuilder。

　　【注意】每次运行的结果可能不同。不管哪次调试，绝大部分时间都浪费前两次调用（CountCharacters 方法），即在等待网站的响应上。

　　图1-2 根据执行结果所画的时间轴

有人曾幻想着这样提高性能的方法：在调用 A 方法时，不等它执行完，直接执行 B 方法，然后等 A 方法执行完成再处理。

C# 的 async/await 就可以允许我们这么弄。

 1     class Program
 2     {
 3         //创建计时器
 4         private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();
 5 
 6         private static void Main(string[] args)
 7         {
 8             //启动计时器
 9             Watch.Start();
10 
11             const string url1 = "http://www.cnblogs.com/";
12             const string url2 = "http://www.cnblogs.com/liqingwen/";
13 
14             //两次调用 CountCharactersAsync 方法（异步下载某网站内容，并统计字符的个数）
15             Task<int> t1 = CountCharactersAsync(1, url1);
16             Task<int> t2 = CountCharactersAsync(2, url2);
17 
18             //三次调用 ExtraOperation 方法（主要是通过拼接字符串达到耗时操作）
19             for (var i = 0; i < 3; i++)
20             {
21                 ExtraOperation(i + 1);
22             }
23 
24             //控制台输出
25             Console.WriteLine($"{url1} 的字符个数：{t1.Result}");
26             Console.WriteLine($"{url2} 的字符个数：{t2.Result}");
27 
28             Console.Read();
29         }
30 
31         /// <summary>
32         /// 统计字符个数
33         /// </summary>
34         /// <param name="id"></param>
35         /// <param name="address"></param>
36         /// <returns></returns>
37         private static async Task<int> CountCharactersAsync(int id, string address)
38         {
39             var wc = new WebClient();
40             Console.WriteLine($"开始调用 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
41 
42             var result = await wc.DownloadStringTaskAsync(address);
43             Console.WriteLine($"调用完成 id = {id}：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
44 
45             return result.Length;
46         }
47 
48         /// <summary>
49         /// 额外操作
50         /// </summary>
51         /// <param name="id"></param>
52         private static void ExtraOperation(int id)
53         {
54             //这里是通过拼接字符串进行一些相对耗时的操作
55             var s = "";
56 
57             for (var i = 0; i < 6000; i++)
58             {
59                 s += i;
60             }
61 
62             Console.WriteLine($"id = {id} 的 ExtraOperation 方法完成：{Watch.ElapsedMilliseconds} ms");
63         }
64     }