第十五节：深入理解async和await的作用及各种适用场景和用法

一. 同步VS异步

1. 同步 VS 异步 VS 多线程

同步方法：调用时需要等待返回结果，才可以继续往下执行业务

异步方法：调用时无须等待返回结果，可以继续往下执行业务

开启新线程：在主线程之外开启一个新的线程去执行业务

同步方法和异步方法的本质区别：调用时是否需要等待返回结果才能继续执行业务

2. 常见的异步方法（都以Async结尾）

　　① HttpClient类：PostAsync、PutAsync、GetAsync、DeleteAsync

　　② EF中DbContext类：SaveChangesAsync

　　③ 文件相关中的：WriteLineAsync

3. 引入异步方法的背景

　　比如我在后台要向另一台服务器中获取中的2个接口获取信息，然后将两个接口的信息拼接起来，一起输出，接口1耗时3s，接口2耗时5s，

① 传统的同步方式：

　　需要的时间大约为：3s + 5s =8s, 如下面 【案例1】

先分享一个同步请求接口的封装方法，下同。

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然后在分享服务上的耗时操作，下同。

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下面是案例1代码

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 1  　　　　　　#region 案例1(传统同步方式 耗时8s左右)2             {3                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();4                 Console.WriteLine("开始执行");5 6                 string t1 = HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg1");7                 string t2 = HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg2");8 9                 Console.WriteLine("我是主业务");
10                 Console.WriteLine($"{t1},{t2}");
11                 watch.Stop();
12                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
13             }
14             #endregion

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② 开启新线程分别执行两个耗时操作

　　需要的时间大约为：Max(3s,5s) = 5s ,如下面【案例2】

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 1   　　　　　　#region 案例2(开启新线程分别执行两个耗时操作 耗时5s左右)2             {3                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();4                 Console.WriteLine("开始执行");5 6                 var task1 = Task.Run(() =>7                 {8                     return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg1");9                 });
10 
11                 var task2 = Task.Run(() =>
12                 {
13                     return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg2");
14                 });
15 
16                 Console.WriteLine("我是主业务");
17                 //主线程进行等待
18                 Task.WaitAll(task1, task2);
19                 Console.WriteLine($"{task1.Result},{task2.Result}");
20                 watch.Stop();
21                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
22             }
23             #endregion

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　　既然②方式可以解决同步方法串行耗时间的问题，但这种方式存在一个弊端，一个业务中存在多个线程，且需要对线程进行管理，相对麻烦，从而引出了异步方法。

这里的异步方法我特指：系统类库自带的以async结尾的异步方法。

③ 使用系统类库自带的异步方法

　　需要的时间大约为：Max(3s,5s) = 5s ,如下面【案例3】

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 1 　　　　　　#region 案例3(使用系统类库自带的异步方法 耗时5s左右)2             {3                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();4                 HttpClient http = new HttpClient();5                 var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");6                 Console.WriteLine("开始执行");7                 //执行业务8                 var r1 = http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);9                 var r2 = http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
10                 Console.WriteLine("我是主业务");
11 
12                 //通过异步方法的结果.Result可以是异步方法执行完的结果
13                 Console.WriteLine(r1.Result.Content.ReadAsStringAsync().Result);
14                 Console.WriteLine(r2.Result.Content.ReadAsStringAsync().Result);
15 
16                 watch.Stop();
17                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
18             }
19             #endregion

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PS：通过 .Result 来获取异步方法执行完后的结果。

二. 利用async和await封装异步方法

1. 首先要声明几点：

　　① async和await关键字是C# 5.0时代引入的，它是一种异步编程模型

　　② 它们本身并不创建新线程，但我可以在自行封装的async中利用Task.Run开启新线程

　　③ 利用async关键字封装的方法中如果写全部都是一些串行业务, 且不用await关键字，那么即使使用async封装，也并没有什么卵用，并起不了异步方法的作用。

　　需要的时间大约为：3s + 5s =8s, 如下面 【案例4】，并且封装的方法编译器会提示：“缺少关键字await，将以同步的方式调用，请使用await运算符等待非阻止API或Task.Run的形式”（PS：非阻止API指系统类库自带的以Async结尾的异步方法）

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 1        //利用async封装同步业务的方法2         private static async Task<string> NewMethod5Async()3         {4             Thread.Sleep(3000);5             //其它同步业务6             return "Msg1";7         }8         private static async Task<string> NewMethod6Async()9         {
10             Thread.Sleep(5000);
11             //其它同步业务
12             return "Msg2";
13         }

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 1            #region 案例4(async关键字封装的方法中如果写全部都是一些串行业务 耗时8s左右)2             {3                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();4 5                 Console.WriteLine("开始执行");6 7                 Task<string> t1 = NewMethod5Async();8                 Task<string> t2 = NewMethod6Async();9 
10                 Console.WriteLine("我是主业务");
11                 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12                 watch.Stop();
13                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
14             }
15             #endregion

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　　观点结论1：从上面③中可以得出一个结论，async中必须要有await运算符才能起到异步方法的作用，且await 运算符只能加在系统类库默认提供的异步方法或者新线程（如：Task.Run）前面。

　　如：下面【案例5】 和 【案例6】需要的时间大约为：Max(3s,5s) = 5s

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 1 // 将系统类库提供的异步方法利用async封装起来2         private static async Task<String> NewMethod1Async()3         {4             HttpClient http = new HttpClient();5             var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");6             //执行业务7             var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);8             return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;9         }
10         private static async Task<String> NewMethod2Async()
11         {
12             HttpClient http = new HttpClient();
13             var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
14             //执行业务
15             var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
16             return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
17         }
18 
19         //将await关键字加在新线程的前面
20         private static async Task<string> NewMethod3Async()
21         {
22             var msg = await Task.Run(() =>
23             {
24                 return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg1");
25             });
26             return msg;
27         }
28         private static async Task<string> NewMethod4Async()
29         {
30             var msg = await Task.Run(() =>
31             {
32                 return HttpService.PostData("", "http://localhost:2788/Home/GetMsg2");
33             });
34             return msg;
35         }

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 1  　　　　　　#region 案例5(将系统类库提供的异步方法利用async封装起来 耗时5s左右)2             //并且先输出“我是主业务”，证明t1和t2是并行执行的，且不阻碍主业务3             {4                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6                 Console.WriteLine("开始执行");7                 Task<string> t1 = NewMethod1Async();8                 Task<string> t2 = NewMethod2Async();9 
10                 Console.WriteLine("我是主业务");
11                 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12                 watch.Stop();
13                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
14             }
15             #endregion

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 1    　　　　#region 案例6(将新线程利用async封装起来 耗时5s左右)2             //并且先输出“我是主业务”，证明t1和t2是并行执行的，且不阻碍主业务3             {4                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6                 Console.WriteLine("开始执行");7                 Task<string> t1 = NewMethod3Async();8                 Task<string> t2 = NewMethod4Async();9 
10                 Console.WriteLine("我是主业务");
11                 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12                 watch.Stop();
13                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
14             }
15             #endregion

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2. 几个规则和约定

　　① async封装的方法中，可以有多个await，这里的await代表等待该行代码执行完毕。

　　② 我们通常自己封装的方法也要以Async结尾，方便识别

　　③ 异步返回类型主要有三种：Task<T> 、Task、Void

3. 测试得出其他几个结论

① 如果async封装的异步方法里既有同步业务又有异步业务(开启新线程或者系统类库提供异步方法)，那么同步方法那部分的时间在调用的时候是会阻塞主线程的，即主线程要等待这部分同步业务执行完才能往下执行。

　　如【案例7】 耗时：同步操作之和 2s+2s + Max(3s,5s)=9s;

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 1  　　　　 #region 案例7(既有普通的耗时操作，也有系统本身的异步方法,耗时9s左右)2             //且大约4s后才能输出 “我是主业务”，证明同步操作Thread.Sleep(2000);  阻塞主线程3             {4                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6                 Console.WriteLine("开始执行");7                 Task<string> t1 = NewMethod7Async();8                 Task<string> t2 = NewMethod8Async();9 
10                 Console.WriteLine("我是主业务");
11                 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
12                 watch.Stop();
13                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
14             }
15             #endregion

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　　证明：async封装的异步方法里的同步业务的时间会阻塞主线程，再次证明 await只能加在非阻止api和开启新线程的前面

② 如果封装的异步方法中存在等待的问题，而且不能阻塞主线程(不能用Thread.Sleep) , 这个时候可以用Task.Delay，并在前面加await关键字

　　如【案例8】 耗时：Max（2+3 , 5+2）=7s

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 1    //利用Task.Delay(2000);等待2         private static async Task<String> NewMethod11Async()3         {4             //调用异步方法之前需要等待2s5             await Task.Delay(2000);6 7             //下面的操作耗时3s8             HttpClient http = new HttpClient();9             var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
10             //执行业务
11             var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
12             return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
13         }
14 
15         private static async Task<String> NewMethod12Async()
16         {
17             //调用异步方法之前需要等待2s
18             await Task.Delay(2000);
19 
20             //下面的操作耗时5s
21             HttpClient http = new HttpClient();
22             var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");
23             //执行业务
24             var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg2", httpContent);
25             return r1.Content.ReadAsStringAsync().Result;
26         }

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 1  　　　　　　 #region 案例8(利用Task.Delay执行异步方法的等待操作)2             //结果是7s，且马上输出“我是主业务”，说明Task.Delay(),不阻塞主线程。3             {4                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5                 Console.WriteLine("开始执行");6                 Task<string> t1 = NewMethod11Async();7                 Task<string> t2 = NewMethod12Async();8 9                 Console.WriteLine("我是主业务");
10                 Console.WriteLine($"{t1.Result},{t2.Result}");
11                 watch.Stop();
12                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
13             }
14             #endregion

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三. 异步方法返回类型

1. Task<T>, 处理含有返回值的异步方法，通过 .Result 等待异步方法执行完，且获取到返回值。

2. Task：调用方法不需要从异步方法中取返回值，但是希望检查异步方法的状态，那么可以选择可以返回 Task 类型的对象。不过，就算异步方法中包含 return 语句，也不会返回任何东西。

　　如【案例9】

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 1   2         //返回值为Task的方法3         private static async Task NewMethod9Async()4         {5 6             //下面的操作耗时3s7             HttpClient http = new HttpClient();8             var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");9             //执行业务
10             var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);
11             Console.WriteLine("NewMethod9Async执行完成");
12         }

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 1  　　　　　　#region 案例9(返回值为Task的异步方法)2             //结果是5s，说明异步方法和主线程的同步方法 在并行执行3             {4                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6                 Console.WriteLine("开始执行");7                 Task t = NewMethod9Async();8 9                 Console.WriteLine($"{nameof(t.Status)}: {t.Status}");   //任务状态
10                 Console.WriteLine($"{nameof(t.IsCompleted)}: {t.IsCompleted}");     //任务完成状态标识
11                 Console.WriteLine($"{nameof(t.IsFaulted)}: {t.IsFaulted}");     //任务是否有未处理的异常标识
12 
13                 //执行其他耗时操作，与此同时NewMethod9Async也在工作
14                 Thread.Sleep(5000);
15      
16                 Console.WriteLine("我是主业务");
17 
18                 t.Wait();
19 
20                 Console.WriteLine($"{nameof(t.Status)}: {t.Status}");   //任务状态
21                 Console.WriteLine($"{nameof(t.IsCompleted)}: {t.IsCompleted}");     //任务完成状态标识
22                 Console.WriteLine($"{nameof(t.IsFaulted)}: {t.IsFaulted}");     //任务是否有未处理的异常标识
23 
24                 Console.WriteLine($"所有业务执行完成了");
25                 watch.Stop();
26                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
27             }
28             #endregion

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　　PS：对于Task返回值的异步方法，可以调用Wait(),等待该异步方法执行完，他和await不同，await必须出现在async关键字封装的方法中。

3. void：调用异步执行方法，不需要做任何交互

　　如【案例10】

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 1     //返回值是Void的方法2         private static async void NewMethod10Async()3         {4             //下面的操作耗时5s5             HttpClient http = new HttpClient();6             var httpContent = new StringContent("", Encoding.UTF8, "application/json");7             //执行业务，假设这里主需要请求，不需要做任何交互8             var r1 = await http.PostAsync("http://localhost:2788/Home/GetMsg1", httpContent);9             Console.WriteLine("NewMethod10Async执行完成");
10         }

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 1   　　　　　　#region 案例10(返回值为Void的异步方法)2             //结果是5s，说明异步方法和主线程的同步方法 在并行执行3             {4                 Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();5 6                 Console.WriteLine("开始执行");7                 NewMethod10Async();8 9                 //执行其他耗时操作，与此同时NewMethod9Async也在工作
10                 Thread.Sleep(5000);
11 
12                 Console.WriteLine("我是主业务");
13 
14 
15                 Console.WriteLine($"所有业务执行完成了");
16                 watch.Stop();
17                 Console.WriteLine($"耗时：{watch.ElapsedMilliseconds}");
18             }
19             #endregion

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