C# 异步编程async/await

概述

异步这个概念在不同语境下有不同的解释，比如在一个单核CPU里开启两个线程执行两个函数，通常认为这种调用是异步的，但对于CPU来说它是单核不可能同时运行两个函数，不过是由系统调度在不同的时间分片中执行。一般来说，如果两个工作能同时进行，就认为是异步的。在编程中，它通常代表函数的调用可以在不执行完的情况下返回，必要时在完成时回调。

有一个概念常常被混淆，多线程和异步。很多人认为异步就是多线程的，但是多线程只是实现异步的其中一种方式，除此之外还有系统中断，定时器，甚至可以自己写一个状态机实现异步（C# 的异步实现类似状态机）。

不同的编程语言有不同异步编程方法，在C#语言中，常常使用async/await等关键字，和Task等类来实现异步编程。

C#异步编程用法

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var task =  IntTask();
		Console.WriteLine("等待中...");
        Console.WriteLine($"算完了？ 让我康康！ result = {task.Result}");
    }

    static async Task IntTask()
    {
        Console.WriteLine("等3秒吧");
        await Task.Delay(3000);
        return 1;
    }
}

Main函数异步调用IntTask，打印"等三秒吧",随后返回到Main函数打印“等待中”，在task.Result取值时阻塞，三秒后IntTask返回（此时Task.Result被赋值）打印“result = 1”。看一下用法：

• async: 异步函数使用async关键字修饰
• await: 等待异步函数返回
• Task：异步函数有返回值，且返回值为int类型

上述只是一个极简的用法，忽略了大量的细节，可以建立一个初步的印象。

async/await和Task简介

async

用async修饰一个方法，表明这个方法可以异步执行，其返回值必须是void/Task/Task（T是返回值类型）其中一个，方法内的语句至少包含一个await关键字，否则会被同步的方式执行。

await

await只能修饰（返回值是）Task类型变量，此时会返回Task.Result或void而不是Task本身，在上述示例中，Main没有被async修饰，不能使用await，其返回值就是Task, 而IntTask调用Task.Delay就是直接返回void。await也只能在被async修饰的函数的语句中使用。

Task

源于基于任务的异步模式(Task-based Asynchronous Pattern,TAP)，被作为异步函数的返回值。异步函数的返回值有三种：

• void："fire and forget"（触发并忘记）不需要知道状态（是否完成），比如抛出异常、打印日志时可以使用
• Task：需要知道是否完成（或失败）等状态，但是不需要返回值
• Task：在Task的基础上还想要返回值

其他

• 异步函数不能使用ref/out修饰参数

实现原理剖析

如果使用反汇编等手段，可以看到上述示例代码的编译：

在返回1之前，好像有什么“奇怪的东西”被调用，编译器又背着开发者偷偷干了什么呢？

实现原理示例

在微软的开发博客里有一个叫谢尔盖·杰普利亚科夫（Sergey Tepliakov）的毛子曾提到这部分，来看一下他的示例：

源码

class StockPrices
{
    private Dictionary _stockPrices;
    public async Task GetStockPriceForAsync(string companyId)
    {
        await InitializeMapIfNeededAsync();
        _stockPrices.TryGetValue(companyId, out var result);
        return result;
    }
 
    private async Task InitializeMapIfNeededAsync()
    {
        if (_stockPrices != null)
            return;
 
        await Task.Delay(42);
        // Getting the stock prices from the external source and cache i