C# 异步编程

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异步编程

async 和 await 关键字是 C# 5.0 引入的两个非常重要的关键字，它们一起工作，使得异步编程变得简单和直观。

async 关键字

• async 关键字用于标记一个方法、lambda 表达式、匿名方法或局部方法作为异步方法。这告诉编译器该方法内部可以使用 await 关键字。
• 异步方法会隐式返回一个 Task 或 Task 对象。如果方法没有返回值（即返回类型为 void），则它应该用于事件处理程序，并应该避免在库或框架代码中使用，因为 void 返回类型的方法无法等待或捕获异常。

await 关键字

• await 关键字用于等待异步操作的完成。它只能用在被 async 修饰的方法内部。
• 当编译器看到 await 表达式时，它会将方法的其余部分安排在 await 表达式表示的异步操作完成后继续执行。在等待期间，控制权会返回给方法的调用者，允许调用者继续执行其他操作，而不是阻塞等待异步操作的完成。
• await 表达式的结果是异步操作的结果。如果操作返回 Task，则 await 表达式的类型是 T。如果操作返回 Task，则 await 表达式通常用于仅等待操作完成，而不获取其结果。

深入async和await

async和await做了什么

示例

下面是一个简单的异步方法示例，该方法使用 HttpClient 异步获取网页的内容：

using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        string content = await GetWebPageAsync("https://www.example.com");
        Console.WriteLine(content);
    }

    static async Task<string> GetWebPageAsync(string url)
    {
        using (HttpClient client = new HttpClient())
        {
            HttpResponseMessage response = await client.GetAsync(url);
            if (response.IsSuccessStatusCode)
            {
                return await response.Content.ReadAsStringAsync();
            }
            else
            {
                throw new HttpRequestException($"Status code does not indicate success: {response.StatusCode}");
            }
        }
    }
}

在这个示例中，Main 方法被标记为 async，这允许它内部使用 await。GetWebPageAsync 方法是另一个异步方法，它使用 HttpClient 的 GetAsync 方法来异步获取网页，并使用 await 等待操作完成。然后，它读取响应内容并返回。注意，异常处理也是异步编程中的一个重要方面，上述示例展示了如何在异步方法中抛出和捕获异常。

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高效异步

在.NET Core（或现在更常见的.NET 5/6/7等）中实现高效的异步操作主要依赖于理解异步编程模式，特别是如何正确使用async和await关键字，以及理解异步操作背后的线程和任务的管理。以下是一些实现高效异步操作的关键点：

1. 理解async和await

• 使用async修饰方法：这表示该方法是异步的，并允许在方法内部使用await。
• 使用await等待异步操作：这会导致当前方法的执行暂停，并在异步操作完成时恢复。重要的是要等待那些真正需要等待的操作，避免不必要的await调用，因为这会增加延迟。

2. 避免阻塞调用

• 在异步方法中，应避免使用.Result或.Wait()来等待另一个异步操作的结果，因为这会导致死锁，并破坏异步方法的优势。
• 使用await来等待异步操作完成，并让线程池来管理线程。

3. 并行与并发

• 并行处理：使用Task.WhenAll来并行执行多个不相互依赖的异步操作，这可以显著提高性能，特别是当这些操作是I/O密集型时。
• 并发控制：在需要时使用SemaphoreSlim或async锁（如Mutex的异步版本）来控制对共享资源的并发访问。

4. 异步资源管理

• 使用using语句或async版本的IDisposable接口（如果可用）来确保异步操作中的资源被正确释放。
• 注意，在async方法中，using语句仍然有效，但Dispose方法将在等待的异步操作完成后调用。

5. 避免不必要的异步

• 如果一个操作本身很快，并且是CPU密集型的，那么将其包装为异步可能不会带来性能上的好处，反而可能因为额外的开销（如任务调度和上下文切换）而降低性能。

6. 性能测试与调优

• 使用性能测试工具（如BenchmarkDotNet）来测量和比较不同异步实现的性能。
• 根据测试结果进行调优，比如优化数据访问模式、减少不必要的异步调用或改进算法。

7. 使用合适的异步API

• 尽量使用.NET Core提供的异步API，如HttpClient、FileStream的异步方法等，这些API已经过优化，可以提供更好的性能。
• 如果需要，可以自己实现异步方法，但要确保正确管理线程和任务。

8. 监控和日志记录

• 在生产环境中监控异步操作的性能，包括响应时间、吞吐量等关键指标。
• 使用日志记录来跟踪异步操作的执行流程，以便在出现问题时进行调试和故障排查。