黑夜中的潜行者
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C#异步编程解析

C#异步编程解析

  • 概述
  • 异步编程误区：
  • async await 和 异步方法的基本使用
  • async await 原理
  • async 背后的线程切换
  • 异步方法不等于多线程
  • 为什么有的异步方法没有标注 Async
  • 不要使用 Sleep
  • CancellationToken
  • WhenAll
  • 异步其他问题

概述

  • 以下伪代码基于 .NET5

本篇文章并不适合小白阅读
倘若想要进行学习请先阅读：CSharp(C#)语言_高级篇（异步编程）【划重点咯】 打下一个良好的基础再进行阅览

文中用到的反编译工具 ILSpy 免费且开源的，可自行下载

异步编程误区：

  • 异步编程是多线程
  • 异步编程可以提高系统运行效率

async await 和 异步方法的基本使用

//static async Task Main(string[] args)
static void Main(string[] args)
{
    string fileName = $"./1.txt";
    //StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
    //for (int i = 0; i < 100000; i++)
    //{
    //    stringBuilder.Append("Hello ");
    //}

    /* 同步方式 */
    //File.WriteAllText(fileName, stringBuilder.ToString());
    //Console.WriteLine(File.ReadAllText(fileName));

    /* 
       异步方式 需要在方法标识符 添加 Async 并且 返回值必须为 Task 类型 
       异步方法调用前加 await
     */
    //await File.WriteAllTextAsync(fileName, stringBuilder.ToString());
    //Console.WriteLine(await File.ReadAllTextAsync(fileName));

    // 同步方法中调用异步方法 
    // 有返回值可以使用 Result 属性 取到异步方法返回值 而不用 await 标识
    // 无返回值可以使用 Wait() 方法
    //Console.WriteLine(DownloadHtmlAsync("https://www.baidu.com", fileName).Result);
    // 有一定的产生死锁的风险

    /* 
       异步 lamdba 表达式
       使用 async 将 lambda 表达式 修饰为 异步 lambda 表达式
     */
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(async (obj) =>
    {
        while (true)
        {
            await File.WriteAllTextAsync(fileName, "Hello");
            Console.WriteLine("Hello");
        }
    });
    Console.Read();
}

//static async Task DownloadHtmlAsync(string url, string fileName)
//{
//    using HttpClient httpClient = new();
//    string html = await httpClient.GetStringAsync(url);
//    await File.WriteAllTextAsync(fileName, html);
//}

static async Task<int> DownloadHtmlAsync(string url, string fileName)
{
    using HttpClient httpClient = new();
    string html = await httpClient.GetStringAsync(url);
    await File.WriteAllTextAsync(fileName, html);
    return html.Length;
}

async await 原理

async await 是语法糖 最终编译成 “状态机调用”

async 的方法会被 C# 编译器编译成一个类，会主要根据await调用进行切分为多个状态，对 async 方法的调用会被拆分为对 MoveNext 的调用。
用 await 看似是 “等待”，经过编译后，其实没有“wait”

  • 源代码
static async Task Main(string[] args)
{
    using HttpClient client = new();
    string html = await client.GetStringAsync("https://www.baidu.com");
    Console.WriteLine($"{html}\n");

    string destFilePath = $"./1.txt";
    await File.WriteAllTextAsync(destFilePath, "你好 async and await");
    Console.WriteLine($"写入内容：{await File.ReadAllTextAsync(destFilePath)}");
}
  • 反编译代码

原始 Main 方法反编译代码

// AsyncAwait.Program
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.CompilerServices;

[SpecialName]
[DebuggerStepThrough]
private static void <Main>(string[] args)
{
	Main(args).GetAwaiter().GetResult();
}

异步 Main 方法源代码编译之后反编译代码

// AsyncAwait.Program
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading.Tasks;

[AsyncStateMachine(typeof(<Main>d__0))]
[DebuggerStepThrough]
private static Task Main(string[] args)
{
	<Main>d__0 stateMachine = new <Main>d__0();
	stateMachine.<>t__builder = AsyncTaskMethodBuilder.Create();
	stateMachine.args = args;
	stateMachine.<>1__state = -1;
	stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine);
	return stateMachine.<>t__builder.Task;
}

async await 底层 “状态机” 反编译代码

// AsyncAwait.Program.
d__0
using System;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Net.Http;
using System.Runtime.CompilerServices;

[CompilerGenerated]
private sealed class <Main>d__0 : IAsyncStateMachine
{
	public int <>1__state;

	public AsyncTaskMethodBuilder <>t__builder;

	public string[] args;

	private HttpClient <client>5__1;

	private string <html>5__2;

	private string <destFilePath>5__3;

	private string <>s__4;

	private string <>s__5;

	private TaskAwaiter<string> <>u__1;

	private TaskAwaiter <>u__2;

	private void MoveNext()
	{
		int num = <>1__state;
		try
		{
			if ((uint)num > 2u)
			{
				<client>5__1 = new HttpClient();
			}
			try
			{
				TaskAwaiter<string> awaiter3;
				TaskAwaiter awaiter2;
				TaskAwaiter<string> awaiter;
				switch (num)
				{
				default:
					awaiter3 = <client>5__1.GetStringAsync("https://www.baidu.com").GetAwaiter();
					if (!awaiter3.IsCompleted)
					{
						num = (<>1__state = 0);
						<>u__1 = awaiter3;
						<Main>d__0 stateMachine = this;
						<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter3, ref stateMachine);
						return;
					}
					goto IL_009e;
				case 0:
					awaiter3 = <>u__1;
					<>u__1 = default(TaskAwaiter<string>);
					num = (<>1__state = -1);
					goto IL_009e;
				case 1:
					awaiter2 = <>u__2;
					<>u__2 = default(TaskAwaiter);
					num = (<>1__state = -1);
					goto IL_014b;
				case 2:
					{
						awaiter = <>u__1;
						<>u__1 = default(TaskAwaiter<string>);
						num = (<>1__state = -1);
						break;
					}
					IL_014b:
					awaiter2.GetResult();
					awaiter = File.ReadAllTextAsync(<destFilePath>5__3).GetAwaiter();
					if (!awaiter.IsCompleted)
					{
						num = (<>1__state = 2);
						<>u__1 = awaiter;
						<Main>d__0 stateMachine = this;
						<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
						return;
					}
					break;
					IL_009e:
					<>s__4 = awaiter3.GetResult();
					<html>5__2 = <>s__4;
					<>s__4 = null;
					Console.WriteLine(<html>5__2 + "\n");
					<destFilePath>5__3 = "./1.txt";
					awaiter2 = File.WriteAllTextAsync(<destFilePath>5__3, "你好 async and await").GetAwaiter();
					if (!awaiter2.IsCompleted)
					{
						num = (<>1__state = 1);
						<>u__2 = awaiter2;
						<Main>d__0 stateMachine = this;
						<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter2, ref stateMachine);
						return;
					}
					goto IL_014b;
				}
				<>s__5 = awaiter.GetResult();
				Console.WriteLine("写入内容：" + <>s__5);
				<>s__5 = null;
			}
			finally
			{
				if (num < 0 && <client>5__1 != null)
				{
					((IDisposable)<client>5__1).Dispose();
				}
			}
		}
		catch (Exception exception)
		{
			<>1__state = -2;
			<client>5__1 = null;
			<html>5__2 = null;
			<destFilePath>5__3 = null;
			<>t__builder.SetException(exception);
			return;
		}
		<>1__state = -2;
		<client>5__1 = null;
		<html>5__2 = null;
		<destFilePath>5__3 = null;
		<>t__builder.SetResult();
	}

	void IAsyncStateMachine.MoveNext()
	{
		//ILSpy generated this explicit interface implementation from .override directive in MoveNext
		this.MoveNext();
	}

	[DebuggerHidden]
	private void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)
	{
	}

	void IAsyncStateMachine.SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)
	{
		//ILSpy generated this explicit interface implementation from .override directive in SetStateMachine
		this.SetStateMachine(stateMachine);
	}
}

异步的 Main 方法 并不是 原始的 Main方法，从上面反编译的代码可以看出来

async 背后的线程切换

await调用的等待期间，.NET会把当前的线程返给线程池，等异步方法调用执行完毕后，框架会从线程池再取一个出来线程执行后续的代码。

  • 异步写入大文件，使用 Thread.CurrentThread.ManagedThreadId 查看线程Id
static async Task Main(string[] args)
{
    string fileName = $"./1.txt";
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        stringBuilder.Append("Hello ");
    }
    await File.WriteAllTextAsync(fileName, stringBuilder.ToString());
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

注意：如果写入内容少，会发生线程Id不变

CLI优化：到要等待的时候，如果发现已经执行结束了，那就没有必要再切换线程，剩下的代码就继续在之前的线程上继续执行。

异步方法不等于多线程

  • 异步方法中的代码并不会自动在新的线程中执行，除非手动把代码放到新的线程中执行。
static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"之前：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    await CalcAsync(5000000);
    Console.WriteLine($"之后：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}

static async Task<double> CalcAsync(int n)
{
    /*
    Console.WriteLine($"CalcAsync-ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    double result = 1;
    Random random = new();
    for (int i = 0; i < n * n; i++)
    {
        result += (double)random.NextDouble();
    }
    return result;
    */

    return await Task.Run(() =>
    {
        Console.WriteLine($"CalcAsync-ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        double result = 1;
        Random random = new();
        for (int i = 0; i < n * n; i++)
        {
            result += (double)random.NextDouble();
        }
        return result;
    });
}

为什么有的异步方法没有标注 Async

/*
static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine(await ReadAsync(1));
}
*/

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine(ReadAsync(1));
}

/*
static async Task ReadAsync(int num)
{
    if (num is 1)
    {
        return await File.ReadAllTextAsync("./1.txt");
    }
    else if (num is 2)
    {
        return await File.ReadAllTextAsync("./2.txt");
    }
    else
    {
        throw new ArgumentNullException();
    }
}
*/

static Task<string> ReadAsync(int num)
{
    if (num is 1)
    {
        return File.ReadAllTextAsync("./1.txt");
    }
    else if (num is 2)
    {
        return File.ReadAllTextAsync("./2.txt");
    }
    else
    {
        throw new ArgumentNullException();
    }
}

1、async 返回会生成一个类，运行效率没有普通方法高；
2、可能会占用非常多的线程。

只甩手 Task，不 “拆完再装” 反编译上面的代码：只是普通的方法调用。
优点：运行效率更高，不会造成线程浪费。

返回值为 Task 的不一定都要标注 async，标注 async 只是让我们更方便的 await 而已。

如果一个异步方法只是对别的异步方法调用转发，并没有太多复杂的逻辑，那么就可以去掉 async 关键字

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"之前：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    CalcAsync(5000000);
    Console.WriteLine($"之后：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}

static Task<double> CalcAsync(int n)
{
    return Task.Run(() =>
    {
        Console.WriteLine($"CalcAsync-ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        double result = 1;
        Random random = new();
        for (int i = 0; i < n * n; i++)
        {
            result += (double)random.NextDouble();
        }
        return result;
    });
}

不要使用 Sleep

如果想在异步方法中暂停一段时间，
不要用 Thread.Sleep() 因为它会阻塞调用线程，
而要用 await Task.Delay()。

CancellationToken

CancellationToken 结构体
None：空
bool IsCancellationRequested 是否取消
(*)Register(Action callback) 注册取消监听
ThrowIfCancellationRequested() 如果任务被取消，执行到这句就抛异常。

通过 CancellationTokenSource 来创建 CancellationToken 对象
Cancel() 发出取消信号
cts.CancelAfter() 超时后发去取消信号

static async Task Main(string[] args)
{
    CancellationTokenSource cts = new();
    cts.CancelAfter(1000);
    CancellationToken token = cts.Token;

    await DownloadAsync("https://www.baidu.com", 100, token);
}

/// 
/// 无取消请求型
/// 
/// 
/// 
/// 
static async Task DownloadAsync(string url, int n)
{
    using HttpClient client = new();
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        Console.WriteLine($"{DateTime.Now}：{await client.GetStringAsync(url)}");
    }
}

/// 
/// 取消请求型
/// 
/// 
/// 
/// 
/// 
static async Task DownloadAsync(string url, int n, CancellationToken token)
{
    using HttpClient client = new();
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        // 手动处理型 推荐使用
        Console.WriteLine($"{DateTime.Now}：{await client.GetStringAsync(url)}");
        if (token.IsCancellationRequested)
        {
            Console.WriteLine("请求被取消");
            break;
        }

        // 抛异常型，请求被终止抛出异常
        //token.ThrowIfCancellationRequested();

        // 抛异常型，将处理交予别人
        //Console.WriteLine($"{DateTime.Now}：{await client.GetAsync(url, token)}");
    }
}

ASP.NET Core 开发中，一般不需要自己处理 CancellationToken CancellationTokenSource 这些，只要做到 能转发 CancellationToken 就转发 即可。ASP.NET Core 会对用户请求中断进行处理。

ASP.NET Core 程序中仅可能的在Action中使用 CancellationToken 以避免浏览器跳转到别的网页服务器还在执行而造成的资源浪费

WhenAll

Task类的重要方法
1、Task WhenAll(IEnumerable tasks)等，任何一个 Task 完成，Task 就完成
2、Task WhenAll(params Task[] tasks)等，所有 Task 瓦纳城，Task 才完成。用于等待多份任务执行结束，但是不在乎他们的执行顺序。
3、FromResult() 创建普通数值的 Task 对象。

static async Task Main(string[] args)
{
    string[] files = Directory.GetFiles("./");
    Task<int>[] countTasks = new Task<int>[files.Length];
    for (int i = 0; i < files.Length; i++)
    {
        string fileName = files[i];
        Task<int> task = ReadCharsCount(fileName);
        countTasks[i] = task;
    }
    int[] counts = await Task.WhenAll(countTasks);
    Console.WriteLine(counts.Sum());
}

static async Task<int> ReadCharsCount(string filenName)
{
    string s = await File.ReadAllTextAsync(filenName);
    return s.Length;
}

异步其他问题

接口中的异步方法：
async 是提示编译器为异步方法中的 await 代码进行分段处理的，而一个异步方法是否修饰了 async 对于方法的调用者来讲没区别，因此对于接口中的方法或者抽象方法不能修饰为 async。

interface ITest
{
    Task<int> GetCharCount(string file);
}

class Test : ITest
{
    public async Task<int> GetCharCount(string file)
    {
        string s = await File.ReadAllTextAsync(file);
        return s.Length;
    }
}

异步与yield：
yield return 不仅能够简化数据的返回，而且可以让数据处理 “流水线化” 提升性能。

static void Main(string[] args)
{
    foreach (var item in YieldTest())
    {
        Console.WriteLine(item);
    }
}

static IEnumerable<string> YieldTest()
{
    yield return "1";
    yield return "2";
    yield return "3";
}

在旧版的C#中，async 方法中不能用 yield。从C#8.0开始，把返回值声明为 IAsyncEnumerable(不要带Task)，然后遍历的时候用 await foreach() 即可

static async void Main(string[] args)
{
    await foreach (var item in YieldTest())
    {
        Console.WriteLine(item);
    }
}

static async IAsyncEnumerable<string> YieldTest()
{
    yield return "1";
    yield return "2";
    yield return "3";

}

不要同步、异步混用

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  • 基于TRIZ的救援机器人轻量化设计 天行健王春城老师 TRIZ机器人
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  • 机器学习 流形数据降维：UMAP 降维算法 小嗷犬 Python机器学习#数据分析及可视化机器学习算法人工智能
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  • 2020.5.20【第三十八天打卡】 CY的好运很哇塞呦
    2020.5.20【第三十八天打卡】：一、今日进度：1.会计直播课程：《经济法基础》两个小时，主要内容：经济法基础相关理论知识～纯理论的课程，加上心里的烦躁，完整地听完一节课，真的是太难为自己了，需要明天重新看一遍回放。2.读其他书7章。二、今日待进步：1.练字0%2.表格学习0%3.TED0%三、明日安排：（一）每日常规三件事：1.读书半小时2.练字半小时3.学习半小时（二）每日新增一事（兴趣工
  • 读书：《精神病学的人际关系理论》-引言-人格理论 家妤
    1.基本观点：人际关系。沙利文认为，人的本质是人的社会性，这种社会性表现为人际关系。也就是说，人是人际关系的存在，人只有在人际情境中才能生存和发展。2.人格含义：人际情境的持久模式。沙利文将人格定义为：使人类生活具有特征的周期性人际情境的相对持久的模式。他说“每个人有多少种人际关系，它就有多少种人格。”3.人格动态过程：紧张与能量转化。沙利文认为人类具有趋于心理健康的动力，同时每个人都有减少内心紧
  • 【C#生态园】深度剖析：C#嵌入式开发工具大揭秘 friklogff C#生态园c#开发语言
    C#嵌入式开发：全面了解六大框架与库前言随着物联网和嵌入式系统的快速发展，越来越多的开发者开始关注使用C#语言进行嵌入式开发。本文将介绍几种用于C#的嵌入式开发框架和相关库，以及它们的核心功能、安装配置方法和API概览，帮助读者了解并选择适合自己项目的工具和资源。欢迎订阅专栏：C#生态园文章目录C#嵌入式开发：全面了解六大框架与库前言1.nanoFramework：一个用于C#的嵌入式开发框架1.
  • Lua 与 C#交互 z2014z luac#开发语言
    Lua与C#交互前提Lua是一种嵌入式脚本语言，Lua的解释器是用C编写的，因此可以方便的与C/C++进行相互调用。轻量级Lua语言的官方版本只包括一个精简的核心和最基本的库，这使得Lua体积小、启动速度快，也适合嵌入在别的程序里。交互过程C#调用Lua:由C#文件调用Lua解析器底层dll库（由C语言编写），再由dll文件执行相应的Lua文件。Lua调用C#：1、Wrap方式：首先生成C#源文件
  • Matlab在工业机器人中的运用,基于MATLAB的工业机器人建模与仿真.docx weixin_34518801
    摘要：机器人运动系统作为机器人系统中最重要的组成部分之一，其重要性不言而喻，因为它影响着机器人的主要性能，因此为了提高机器人的质量，对机器人进行运动学分析和仿真是不可或缺的。本次毕业设计主要对KUKA机器人的三维仿真进行了一系列的分析，主要是以下几个内容：(1)研究了机器人运动学仿真的背景意义及发展趋势。(2)通过对齐次坐标变换理论的研究,说明了KUKA机器人结构及参数,并且建立了相应的D-H参数
  • C# 开发教程-入门基础 天马3798 教程系列整理c#开发语言
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  • C#中判断socket是否已断开的方法 wiseyao1219 c#
    代码如下：Sockets=newSocket(..);if(s.Poll(-1,SelectMode.SelectRead)){intnRead=s.Receive();if(nRead==0){//socket连接已断开}}参考：C#中判断socket是否已断开的方法
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    结构性张力是发现理想与现实的差距后忍不住缩小期望与现实之间差距的力量，它是增强回路系统里的“元动力”。这个原动力通常要靠我们自己的努力和奋斗来填平，也就是自驱动。自驱动除了使命以外，还可以靠外力吗？按照弗鲁姆的“期望理论”是可以建立员工个体的自驱力的。如果你用找“结构性张力”的视角找“元动力”，世界就不一样了。比如，美丽，是女孩子买漂亮衣服的元动力吗？准确地说，不是。和美丽之间的“差距”，才是。成
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    大家都知道，价格围绕价值波动，这是符合逻辑的经济原理。一旦价格偏离了价值，作为生产价值的人就会焦虑不安，害怕价格会一路走低，自己的付出会打水漂。所以便产生了急功近利，希望价格波动小一些，希望价格上升快一些，甚至开始信奉价值应该围绕价格波动的理论。价格高蜂拥而上，价格降低又匆匆而退。忘了去创造价值，而是堕入焦虑，到处寻找收益高、前景好、风险低的项目。我们不惜牺牲健康、违背伦理、违反法律，只为先人一步
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    // 多态, 在JAVA中是这样用的, 其实在PHP当中可以自然消除, 因为参数是动态的, 你传什么过来都可以, 不限制类型, 直接调用类的方法 abstract class Tiger { public abstract function climb(); } class XTiger extends Tiger { public function climb()
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            下面是一个Ant构建文件的实例，通过这个实例我们可以很清楚的理顺构建一个项目的顺序及依赖关系，从而编写出更加合理的构建文件。           下面是build.xml的代码： <?xml version="1
  • [简单]工作记录_接口返回405原因 53873039oycg 工作
             最近调接口时候一直报错，错误信息是:       responseCode:405 responseMsg:Method Not Allowed        接口请求方式Post.
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    所有的JDBC应用程序都具有下面的基本流程：　　1、加载数据库驱动并建立到数据库的连接。　　2、执行SQL语句。　　3、处理结果。　　4、从数据库断开连接释放资源。 下面我们就来仔细看一看每一个步骤： 其实按照上面所说每个阶段都可得单独拿出来写成一个独立的类方法文件。共别的应用来调用。 1、加载数据库驱动并建立到数据库的连接：   Html代码  St
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    不断的总结工作中常用的Linux命令   1.查看端口被哪个进程占用   通过这个命令可以得到占用8085端口的进程号，然后通过ps -ef|grep 进程号得到进程的详细信息   netstat -anp | grep 8085   察看进程ID对应的进程占用的端口号   netstat -anp | grep 进程ID &
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    网上找了一下这道题的解答，但都是提供思路，没有提供具体实现。其中使用大小堆这个思路看似简单，但实现起来要考虑很多。 以下分别用排序数组和大小堆来实现。 使用大小堆： import java.util.Arrays; public class MedianInHeap { /** * 题目：设计方便提取中数的数据结构 * 设计一个数据结构，其中包含两个函数，1.插
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    在过去的7年半时间里，我带过的软件实习生超过一打，也看到过数以百计的学生和毕业生的档案。我发现很多事情他们都需要学习。或许你会说，我说的不就是某种特定的技术、算法、数学，或者其他特定形式的知识吗？没错，这的确是需要学习的，但却并不是最重要的事情。他们需要学习的最重要的东西是“自我规范”。这些规范就是：尽可能地写出最简洁的代码；如果代码后期会因为改动而变得凌乱不堪就得重构；尽量删除没用的代码，并添加
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  • 使用jQuery为input输入框绑定回车键事件 VS 为a标签绑定click事件 Everyday都不同 jspinput回车键绑定clickenter
    假设如题所示的事件为同一个，必须先把该js函数抽离出来，该函数定义了监听的处理：   function search() { //监听函数略...... }   为input框绑定回车事件，当用户在文本框中输入搜索关键字时，按回车键，即可触发search():   //回车绑定 $(".search").keydown(fun
  • EXT学习记录 tntxia ext
      1. 准备   （1） 官网：http://www.sencha.com/   里面有源代码和API文档下载。   EXT的域名已经从www.extjs.com改成了www.sencha.com ，但extjs这个域名会自动转到sencha上。   （2）帮助文档：   想要查看EXT的官方文档的话，可以去这里h
  • mybatis3的mapper文件报Referenced file contains errors xingguangsixian mybatis
    最近使用mybatis.3.1.0时无意中碰到一个问题： The errors below were detected when validating the file "mybatis-3-mapper.dtd" via the file "account-mapper.xml". In most cases these errors can be d
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