14.5.2 编写异步函数
private static readonly Stopwatch Watch = new Stopwatch();
static void Main(string[] args)
{
Go();
Console.Read();
}
private static async Task Go()
{
await PrintAnswerToLife();
Console.WriteLine("Done");
}
private static async Task PrintAnswerToLife() // We can return Task instead of void
{
await Task.Delay(5000);
int answer = 21 * 2;
Console.WriteLine(answer);
}
编译器会扩展异步函数，它会将任务返回给使用TaskCompletionSource的代码，用于创建任务，然后再发送信号或异常终止。
除了这些细微区别，可以将PrintAnswerToLife扩展为下面的等价功能：
private static Task PrintAnswerToLife()
{
var tcs = new TaskCompletionSource因此，当一个返回任务的异步方法结束时，执行过程会返回等待它的程序（通过一个延续）。
1.返回 Task
async Task GetAnswerToLife()
{
await Task.Delay (5000);
int answer = 21 * 2;
return answer; //返回类型是Task 所以返回int
}
在内部，这段代码向TaskCompletionSource发送一个值，而非null。
void Main()
{
Go();
}
async Task Go()
{
await PrintAnswerToLife();
Console.WriteLine ("Done");
}
async Task PrintAnswerToLife()
{
int answer = await GetAnswerToLife();
Console.WriteLine (answer);
}
async Task GetAnswerToLife()
{
await Task.Delay (5000);
int answer = 21 * 2;
return answer;
}
编译能够为异步函数创建任务，意味我们只需在 I/O 绑定代码底层方法中显式创建一个'TaskCompletionSource'实例。（CPU 绑定代码可以使用 Task.Run创建任务）
2.异步调用图的执行
为了确切理解执行过程，最好将代码重新排列：
static async Task Go()
{
var task = PrintAnswerToLife();
await task;
Console.WriteLine("Done");
}
static async Task PrintAnswerToLife()
{
var task = GetAnswerToLife();
int answer = await task;
Console.WriteLine(answer);
}
static async Task GetAnswerToLife()
{
var task = Task.Delay(5000);
await task;
int answer = 21 * 2;
return answer;
}
await 会使执行过程返回它所等待的PrintAnswerToLife，然后再返回Go，它同样会等待并返回调用者。所有这些方法调用都在调用Go的线程上以同步方式执行；这是执行过程的主要同步阶段。
整个执行流程在每一个异步调用后都会等待。这样就可以在调用图中形成一个无并发或重叠的串行流。每一个await表达式都会执行中创建一个“缺口”，之后程序都可以在原处恢复执行。
3.并行性
调用一个异步方法，但是等待它，就可以使代码并行执行。前面例子，有一个按钮添加一个像下面这样的事件处理器Go:
_buttion.Click += (sender, args) => Go();
尽管Go是一个异步方法，但是我们并没有等待它，事实上它正是利用并发性来实现快速响应UI：
我们可以使用相同的法则以并行方式执行两个异步操作：
var task1 = PrintAnswerToLife();
var task2 = PrintAnswerToLife();
await task1;
await task2;
以这种方式创建的并发性可以支持UI线程或非UI线程上执行的操作，但是它们实现方式有所区别。这两种情况都可以在底层操作上（如Task.Delay或Task.Run生成的代码）实现真正的并发性。
在调用堆中，只有操作不通过同步上下文创建，在这之上的方法才可以实现真正的并发性；否则，它们就是前面介绍的伪并发性和简化的线程安全性，其中我们唯一能够优先使用的是await语句。
例如，它允许我们定义一个共享域_x，然后不需要使用锁就可以在增加它的值：
private static async Task PrintAnswerToLife()
{
_x++;
await Task.Delay(5000);
return 21 * 2;
}
（但是，这里不能假定_x在await前后均保持相同的值。）
14.5.3 异步Lambda表达式
就像普通的命名（named）方法可以采用异步方式执行一样:
async Task NamedMethod()
{
await Task.Delay (1000);
Console.WriteLine ("Foo");
}
只要添加async关键字，未命名（unnamed）方法也可以采用异步：
async void Main()
{
Func unnamed = async () =>
{
await Task.Delay (1000);
Console.WriteLine ("Foo1");
};
// We can call the two in the same way:
await NamedMethod();
await unnamed();
}
异步lambda表达式可用于附加事件处理器：
myButton.Click += async (sender, args) =>
{
await Task.Delay (1000);
myButton.Content = "Done";
};
下面代码更简洁：
myButton.Click +=ButtonHandler;
async void ButtonHandler(object sender, EventArgs args)
{
await Task.Delay (1000);
myButton.Content = "Done";
}
异步lambda表达式也可以返回Task：
Func> unnamed = async () =>
{
await Task.Delay (1000);
return 123;
};
int answer = await unnamed();
14.5.4 WinRT异步方法
WinRT中，
Task等价IAsyncAction，
Task等价IAsyncOperation。
两个类都通过System.Runtime.WindowsRuntime.dll程序集的AsTask扩展方法转换为Task或Task。这个程序集也定义了一个GetAwaiter方法，它可以操作IAsyncAction和IAsyncOperation，他们可以直接执行等待操作。
Task file =
KnowFolders.DocumentsLibrary.CreateFileAsync("test.txt").AsTask();
或者：
StorageFile file =
await KnowFolders.DocumentsLibrary.CreateFileAsync("test.txt");
14.5.5 异步与同步上下文
1.异常提交
2.OpertionStarted 和 OperationCompleted
14.5.6 优化
1.同步完成
异步方法可能会在等待之前返回，假设有下面这样方法，它会缓存下载的网页：
static Dictionary _cache = new Dictionary();
async Task GetWebPageAsync (string uri)
{
string html;
if (_cache.TryGetValue (uri, out html)) return html;
return _cache [uri] = await new WebClient().DownloadStringTaskAsync (uri);
}
假设某个URI已经存在于缓存之中，那么执行过程会在等待发生之前返回调用者，同时这个方法会返回一个已发送信号的任务，这称为同步完成。
如果等待一个同步完成任务，那么执行过程不会返回调用者并通过一个延续弹回——相反，它会马上进入下一条语句。编译器会通过检查等待着的IsCompleted属性来实现这种优化；换言之，无论何时执行等待：
Console.WriteLine(await GetWebPageAsync ("http://oreilly.com"));
在同步完成时，编译器会生成中止延续的代码：
var awaiter = GetWebPageAsync().GetAwaiter();
if (awaiter.IsCompleted)
Console.WriteLine(awaiter.GetResult());
else
awaiter.OnCompleted(()=>Console.WriteLine(awaiter.GetResult()));
编写从不等待的异步方法是允许的，但是编译器会发出警告：
async Task Foo() {return "abc";}
在重写虚方法/抽象方法时，如果不需要实现异步处理，那么很适合使用这种方法。
实现相同结果的另一种方法是使用Task.FromResult，它会返回一个已发送信号的任务。
Task Too()
{
return Task.FromResult("abc");
}
如果从UI线程调用，GetWebPageAsync方法本身就具有线程安全性，在成功执行后多次调用这个方法（初始化多个并发下载），而且不用锁来保证缓存。
但是，多次处理同个URI，会生成多个冗余下载，最终更新同一个缓存记录（最后个覆盖前面）。如果没有错，那更高效的方式是让同一个URI的后续调用（异步）等待正在处理的请求。
还有一个简单方法（不需要锁或信号结构）：
创建一个“未来”缓存（
Task），代替字符串缓存：
static Dictionary> _cache =
new Dictionary>();
Task GetWebPageAsync (string uri)
{
Task downloadTask;
if (_cache.TryGetValue (uri, out downloadTask)) return downloadTask;
return _cache [uri] = new WebClient().DownloadStringTaskAsync (uri);
}
这里没有使用await，直接返回获得的任务。
如果重复调用GetWebPageAsync处理同一个URI，可以保证能获得同一个Task对象。（这样做另一个好处，降低GC负载）
2.避免过度回弹
ConfigureAwait的作用：使当前
async方法的await后续操作不需要恢复到主线程（不需要保存线程上下文）。
对于循环中多次调用的方法，通过调用ConfigureAwait，可以避免重复回弹UI消息循环带来的开销。
void Main()
{
A();
}
async void A()
{
await B();
}
async Task B()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
await C().ConfigureAwait (false);
}
async Task C() { /*...*/ }
B方法和C方法撤销UI使用的简单线程安全模式，代码运行在UI线程上，而只能在await语句中优先占用。然而，A方法不受影响，它在启动之后就一直停留在UI线程。
14.6 异步模式
14.6.1 取消
通常要能够在并发操作启动后，取消这个操作（用户请求）。实现这个操作的简单方式是使用取消令牌，编写一个封装类：
class CancellationToken
{
public bool IsCancellationRequested { get; private set; }
public void Cancel() { IsCancellationRequested = true; }
public void ThrowIfCancellationRequested()
{
if (IsCancellationRequested) throw new OperationCanceledException();
}
}
当调用者想取消操作时，它会调用传递给Foo的取消令牌上的Cancel。因此出现OperationCanceledException异常。
例：
async void Main()
{
var token = new CancellationToken();
Task.Delay (5000).ContinueWith (ant => token.Cancel()); // Tell it to cancel in two seconds.
await Foo (token);
}
// This is a simplified version of the CancellationToken type in System.Threading:
class CancellationToken
{
public bool IsCancellationRequested { get; private set; }
public void Cancel() { IsCancellationRequested = true; }
public void ThrowIfCancellationRequested()
{
if (IsCancellationRequested) throw new OperationCanceledException();
}
}
async Task Foo (CancellationToken cancellationToken)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine (i);
await Task.Delay (1000);
cancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();
}
}
CLR提供一个CancellationToken类型，然而它没有Cancel()方法；
但是这个方法提供另一个类型CancellationTokenSource。这种分离具有一定安全性：只能访问CancellationToken对象的方法可以检查取消操作，但不能初始化取消操作。
CancellationTokenSource有一个Token属性，可以返回一个CancellationToken。
var cancelSource = new CancellationTokenSource();
Task.Delay(5000).ContinueWith(ant => cancelSource.Cancel());
await Foo (cancelSource.Token);
在CLR中，大多数异步方法提供了取消令牌，包括Delay。
public static Task Delay(int millisecondsDelay, CancellationToken cancellationToken);
我们不需要再调用
ThrowIfCancellationRequested，因为Task.Delay已经包含这个操作。
同步方法也支持取消操作（如Task.Wait方法）。这种情况，取消指令必须以异步方式执行（例如，在另一个任务中执行）。
例如：
var cancelSource = new CancellationTokenSource(5000);
Task.Delay(5000).ContinueWith(ant => cancelSource.Cancel());
...
Framework 4.5开始，创建CancellationTokenSource可以指定一个时间间隔，表示一定时间段后初始化取消操作。
无论同步或者异步,最好指定一个超时时间:
var cancelSource = new CancellationTokenSource (5000);
try
{
await Foo (cancelSource.Token);
}
catch (OperationCanceledException ex)
{
Console.WriteLine ("Cancelled");
}
CancellationToken结构提供一个Register方法，可以用于注册一个回调代理，然后在取消操作发生时触发，它会返回一个对象，用于撤销注册。
IsCanceled返回true，IsFaulted返回false。出现OperationCanceledException异常，任务进入“已取消”状态。
14.6.2 进度报告
有时，异步操作需要在运行时报告进度。有一种简单的解决方法是给异步传入一个 Action 代理，然后进度发生变化时就会触发这个方法：
async void Main()
{
Action progress = i => Console.WriteLine (i + " %");
await Foo (progress);
}
Task Foo (Action onProgressPercentChanged)
{
return Task.Run (() =>
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
if (i % 10 == 0) onProgressPercentChanged (i / 10);
// 执行CPU绑定代码.
}
});
}
这段代码运行在控制台应用程序上，但是它不适合运行在富客户端场景，因为它可以从工作者线程报告进度，这可能会给使用者线程带来线程安全问题。
IProgress和Progress
它们的作用是“包装”一个代理，这样UI应用程序就可以通过同步上下文安全地报告进度。
这个接口只定义一个方法：
public interface IProgress
{
// 参数:
// value:
// 进度更新之后的值。
void Report(T value);
}
Iprogress用法很简单：
Task Foo (IProgress onProgressPercentChanged)
{
return Task.Run (() =>
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
if (i % 10 == 0) onProgressPercentChanged.Report (i / 10);
// 执行CPU绑定代码.
}
});
}
Progress类有一个构造方法，它可以接受Action类型包装的代理，
var progress = new Progress(i => Console.WriteLine (i + " %"));
await Foo (progress);
（Progress还有一个ProgressChanged事件，我们可以订阅这个事件，同时不要给构造函数传入一个操作代理）
在实例化Progress时，这个类会波桌同步上下文（如果有）。然后Foo调用Report时，它会通过上下文调用代理对象。
将替换为包含一系列属性的自定义类型，就可以在异步方法中实现更复杂的进度报告。
由
IProgress生成的值一般是“废弃值”（例如，完成比或已下载字节），而由IObserver的MoveNext生成的值通常由结果组成，这个正式调用它的初衷。
14.6.3 基于任务的异步模式（TAP）
一个TAP方法必须：
- 返回一个“热”（正在运行）
Task或Task - 拥有“Async”后缀
- 如果支持取消或进度报告，重载可接收取消令牌或
IProgress - 快速返回调用者
- 在I/O 绑定代码中不占用线程。
14.6.4 任务组合器
CLR包含两个任务组合器：Task.WhenAny和Task.WhenAll。
我们假定以下方法：
async Task Delay1() { await Task.Delay (1000); return 1; }
async Task Delay2() { await Task.Delay (2000); return 2; }
async Task Delay3() { await Task.Delay (3000); return 3; }
1.WhenAny
当任务组中任意一个任务完成，它就完成。下面任务会1秒内完成：
async void Main()
{
Task winningTask = await Task.WhenAny (Delay3(), Delay1(), Delay2());
Console.WriteLine ("Done");
Console.WriteLine (winningTask.Result); // 1
}
因为Task.WhenAny本身会返回一个任务，所以我们要等待它，然后它会返回先完成的任务。这个例子完全不会阻塞——包括访问Result属性的最后一行语句（因为winningTask已经完成）。但是，最好还是要等待任务（winningTask）：
Console.WriteLine (await winningTask); // 1
因为这时任何异常都会重新抛出，而不需要包装一个AggregateException异常中。事实上，我们可以进一步操作中同时执行两个await：
int answer = await await Task.WhenAny (Delay1(), Delay2(), Delay3());
如果后面没有一个未完成任务出现错误，那么除非后面等待了这个任务，否则该异常将不会被捕捉到。
WhenAny适合用于应用操作超时时间或取消操作：
async void Main()
{
Task task = SomeAsyncFunc(); //返回task
Task winner = await (Task.WhenAny (task, Task.Delay(5000))); //返回Task.Delay(5000)
if (winner != task) throw new TimeoutException();
string result = await task; // 解开结果/重新抛出异常
}
async Task SomeAsyncFunc()
{
await Task.Delay (10000);
return "foo";
}
注意这个例子不同类型的任务去调用
WhenAny，所以完成的任务报告为一个普通Task（而非Task）
2.WhenAll
当传入的所有任务完成时，它才完成。下面的任务会在3秒之后完成（同时演示了分叉/联合模式）
await Task.WhenAll(Delay1(), Delay2(), Delay3());
不使用WnenAll，而依次等待task1,task2和task3，也可以得到相似的结果：
Task task1 = Delay1(),task2 = Delay2(),task3 = Delay3();
await task1;await task2;await task3;
这种方式，除了三次等待效率低于一次等待外，区别：如果task1出错，不执行task2/task3。而且异常无法处理。
相反，Task.WhenAll只有在所有任务完成后才会完成——即使中间出现错误。如果出现多个错误，它们的异常会组合到任务的AggregateException之中。
然而，等待组合的任务只能捕捉到第一个异常，所以如果要查看所有异常，则必须这样做：
Task task1 = Task.Run (() => { throw null; } );
Task task2 = Task.Run (() => { throw null; } );
Task all = Task.WhenAll (task1, task2);
try { await all; }
catch
{
Console.WriteLine (all.Exception.InnerExceptions.Count); // 2
}
结果输出为：2
使用类型为Task的任务调用WhenAll，会返回一个Task，这是所有任务的结果组合。如果执行等待操作时，那么这个结果会变成TResult[]：
Task task1 = Task.Run (() => 1);
Task task2 = Task.Run (() => 2);
int[] results = await Task.WhenAll (task1, task2); // { 1, 2 }
下面一个例子，并行下载多个URI，然后计算它们的总下载大小：
async void Main()
{
int totalSize = await GetTotalSize ("http://www.qq.com http://www.weibo.com http://www.163.com".Split());
totalSize.Dump();
}
async Task GetTotalSize (string[] uris)
{
IEnumerable> downloadTasks = uris.Select (uri =>
new WebClient().DownloadDataTaskAsync (uri));
byte[][] contents = await Task.WhenAll (downloadTasks);
return contents.Sum (c => c.Length);
}
字段代码效率不行，我们只能在每一个任务都完成之后才能处理字节数组。如果在下载之后马上将字节数组压缩为实际长度，那么效率会提高。这正式异步lambda发挥作用地方，因为我们在LINQ的Select查询操作符插入一个await表达式：
async Task GetTotalSize (string[] uris)
{
IEnumerable> downloadTasks = uris.Select (async uri =>
(await new WebClient().DownloadDataTaskAsync (uri)).Length); //await .... Length
int[] contentLengths = await Task.WhenAll (downloadTasks);
return contentLengths.Sum();
}
3.自定义组合器
编写自定义的任务组合很实用。最简单的组合器可以接受一个任务，下面例子允许在特定超时时间里等待任意任务：
async void Main()
{
string result = await SomeAsyncFunc().WithTimeout (TimeSpan.FromSeconds (2));
result.Dump();
}
async Task SomeAsyncFunc()
{
await Task.Delay (10000);
return "foo";
}
//Task 扩展方法
public static class Extensions
{
public async static Task WithTimeout (this Task task, TimeSpan timeout)
{
Task winner = await (Task.WhenAny (task, Task.Delay (timeout)));
if (winner != task) throw new TimeoutException();
return await task; // 解开结果/重新抛出异常
}
}
下面代码通过一个CancellationToken“抛弃”一个任务：
public static class Extensions
{
public static Task WithCancellation (this Task task, CancellationToken cancelToken)
{
var tcs = new TaskCompletionSource();
var reg = cancelToken.Register (() => tcs.TrySetCanceled ());
task.ContinueWith (ant =>
{
reg.Dispose();
if (ant.IsCanceled)
tcs.TrySetCanceled();
else if (ant.IsFaulted)
tcs.TrySetException (ant.Exception.InnerException);
else
tcs.TrySetResult (ant.Result);
});
return tcs.Task;
}
}
任务组合器有时候可能很复杂，需要22章介绍的各种信号结构。
下面的组合器作用与WhenAll类似，唯一不同的是如果任意任务出现错误，那么最终任务也会马上出错：
async void Main()
{
Task task2 = Task.Delay (5000).ContinueWith (ant => {return 53;});
Task task1 = Task.Run (() => {throw null; return 42; } ); //--->未将对象引用为实例
int[] results = await WhenAllOrError (task1, task2);
}
async Task WhenAllOrError (params Task[] tasks)
{
var killJoy = new TaskCompletionSource();
foreach (var task in tasks)
task.ContinueWith (ant =>
{
if (ant.IsCanceled)
killJoy.TrySetCanceled(); //尝试将底层Task 转换为已取消状态。
else if (ant.IsFaulted)
killJoy.TrySetException (ant.Exception.InnerException);
});
return await await Task.WhenAny (killJoy.Task, Task.WhenAll (tasks));
}
这里先创建一个TaskCompletionSource，它的唯一作用的终止出错的任务（此例）。因此，这里不会调用它的SetResult方法，只会调用它的TrySetCanceled和TrySetException方法。
这个例子更适合ContinueWith，而不是GetAwaiter().OnCompleted，因为我们不需要访问任务的结果，也不需要在此弹回UI线程。