如何正确理解.NET 4.5和C# 5.0中的async/await异步编程模式？
async/await 就像是为 C 语言量身打造的一套“魔法咒语”，它能让原本头疼的异步编程变得像写同步代码一样直观和流畅。要真正理解它，我们需要抛开一些传统的束缚，从更根本的角度去思考。
想象一下，你正在一家繁忙的咖啡店里。你需要完成三件事：
1. 冲泡咖啡（耗时操作）
2. 打包点心（耗时操作）
3. 清洁柜台（相对耗时，但可以并行）
在没有 async/await 之前，如果你想在冲泡咖啡的同时去打包点心，你会怎么做？最直接的办法可能是：
启动冲泡咖啡的机器，然后站着等待，期间你可以做点什么。
咖啡机的指示灯亮了，说明咖啡好了。
然后你去打包点心，同样站着等待。
点心包好了，你去清洁柜台。
整个过程，你大部分时间都处于“等待”状态，并没有充分利用自己的时间。如果你有很多顾客，而你一直在原地等待，效率会非常低。
传统异步：回调地狱的雏形
早期的异步编程，我们可能会用委托、事件或者更高级的 `Task`（在 .NET 4.0 之前）来模拟。比如，冲泡咖啡的动作会返回一个“正在进行”的指示，你告诉它“咖啡好了之后，就通知我来打包点心”。
```csharp
// 这是一个简化到极致的类比，实际操作会复杂得多
public class CoffeeMachine
{
public void StartBrewing()
{
// 假设这是一个异步操作，比如启动一个计时器
// 结束后会触发一个事件
}
public event Action CoffeeReady;
// ... 内部模拟异步完成
public void SimulateBrewingComplete()
{
CoffeeReady?.Invoke();
}
}
public class Barista
{
public void MakeCoffeeAndPack()
{
var coffeeMachine = new CoffeeMachine();
coffeeMachine.CoffeeReady += () => // 回调：咖啡好了之后做什么
{
Console.WriteLine("咖啡好了！开始打包点心...");
// ... 打包点心（也可能是异步的）
// ... 打包点心完成后，又可能触发另一个回调...
Console.WriteLine("点心打包好了！");
};
Console.WriteLine("开始冲泡咖啡...");
coffeeMachine.StartBrewing();
}
}
```
你可能会发现，随着操作的增多，嵌套的回调函数会越来越多，代码就像剥洋葱一样，一层套一层，这就是所谓的“回调地狱”。而且，一旦某个异步操作失败，错误处理也会变得异常困难。
async/await 的出现：化繁为简的“魔法”
async/await 的核心在于，它允许你暂停一个方法的执行，去做别的事情，然后在某个异步操作完成时，恢复这个方法的执行，而且你会发现，代码看起来仍然是顺序执行的，就像同步代码一样。
让我们回到咖啡店的例子，用 async/await 的思路来思考：
1. 声明你的“魔法”： 你告诉 C 编译器，“我要在这个方法里使用异步操作，并且它最终会返回一个结果（或者什么都不返回，但整个过程是非阻塞的）”。这就需要你给方法加上 `async` 关键字。
2. 启动一个“异步任务”： 你去启动冲泡咖啡的机器。这时候，你不需要站着原地傻等。你只是递给机器一个“任务”，告诉它“你去做吧，但你需要给我一个‘信号’，告诉我你什么时候准备好了。” 这个“信号”就是 `Task`。
3. “等待”那个“信号”： 在等待咖啡机的过程中，你就可以去做其他事情了，比如去打包点心。但关键是，你不是真正地阻塞，而是告诉 .NET 运行时：“嘿，我在这里需要这个咖啡的任务结果，你先去忙别的，等咖啡好了，再回来告诉我，让我继续执行这个方法剩下的部分。” 这就是 `await` 的作用。`await` 后面跟着的，必须是一个可以“等待”的东西，通常是 `Task` 或 `Task`。
4. 并发执行： 在 `await` 咖啡机任务的同时，你就可以开始打包点心。打包点心本身也可能是一个异步操作，所以你也可以对它使用 `await`。
C 5.0 的 async/await 到底做了什么？
从 C 语言层面来看，`async` 和 `await` 关键字的作用是“翻译”你的代码，将你看似同步的写法，转换成高效的、非阻塞的异步执行模式。
`async` 关键字： 这个关键字本身不改变方法的行为，它只是一个标志，告诉编译器：“这个方法可能包含 `await` 表达式，并且它应该被编译器转换成状态机。”
`await` 关键字： 这是真正实现“暂停”和“恢复”的地方。当编译器遇到 `await` 时，它会进行一系列操作：
1. 捕获当前上下文： .NET 运行时会记录下当前方法的执行状态（比如局部变量的值、正在执行的代码行）。
2. 启动异步操作： 它会调用 `await` 后面的方法（例如，一个返回 `Task` 的方法），并注册一个回调。
3. “释放”线程： 如果是在 UI 线程上，`await` 会将控制权立即交还给 UI 事件循环，这样 UI 不会卡死。如果是在线程池线程上，该线程可以立即去做其他工作。
4. 注册回调： 回调会在异步操作完成后被调用。这个回调的任务是“恢复”之前被暂停的方法。
5. 恢复执行： 当异步操作完成时，注册的回调会被执行，它会重新捕获之前保存的上下文，并将方法从 `await` 的地方继续执行下去。
.NET 4.5 的 async/await 基础设施
.NET 4.5 为 async/await 提供了底层支持，主要是通过 `System.Threading.Tasks.Task` 和 `System.Threading.Tasks.Task`。
`Task` 和 `Task`： 它们代表一个异步操作的状态和潜在的结果。`Task` 表示一个没有返回值的异步操作，而 `Task` 则表示一个有返回值的异步操作。
`ConfigureAwait`： 这是一个非常重要的概念，尤其是在 UI 编程或 ASP.NET Core 中。当一个 `Task` 被 `await` 时，通常会捕获当前的“同步上下文”（SynchronizationContext）。默认情况下，`await` 完成后会在捕获到的同步上下文中恢复执行。
在 UI 线程上，这意味着恢复执行会在 UI 线程上，可以安全地更新 UI 元素。
在 ASP.NET Core 中，默认行为是不捕获同步上下文，这是一种更优的选择，因为它可以让执行线程被更有效地重用。
`await myTask.ConfigureAwait(false);` 这个用法就明确告诉 .NET 运行时：“我不在乎这个 `await` 完成后在哪里恢复执行，只要继续就行。” 这可以避免潜在的死锁，并提高吞吐量，特别是在类库中。
async/await 的核心优势：
1. 代码可读性： 最大的亮点。它让异步代码看起来几乎和同步代码一样，消除了复杂的嵌套和回调管理。
2. 线程效率： 避免了在等待 I/O（如网络请求、文件读写、数据库查询）时阻塞线程。当一个线程被 `await` 暂停时，它可以被释放去处理其他请求或执行其他任务，极大地提高了资源利用率。
3. 错误处理： 异常会在 `await` 的地方正常抛出，你可以使用标准的 `trycatch` 块来处理异步操作中的错误，就像处理同步代码一样。
4. 易于调试： 调试器能够更好地跟踪 `async` 方法的执行流程，设置断点也更直观。
举个例子：
假设我们要从两个不同的 Web 服务获取数据，并合并它们。
没有 async/await 的做法（简化）：
```csharp
// 想象一个方法 GetWebDataAsync() 返回 Task
public string GetDataSync()
{
string data1 = GetWebDataAsync("service1").Result; // 阻塞等待
string data2 = GetWebDataAsync("service2").Result; // 阻塞等待
return data1 + data2;
}
```
或者使用回调（非常繁琐）：
```csharp
// 更加复杂和难以阅读
public void GetDataCallback(Action completionCallback)
{
string data1 = "";
string data2 = "";
GetWebDataAsync("service1", result1 =>
{
data1 = result1;
GetWebDataAsync("service2", result2 =>
{
data2 = result2;
completionCallback(data1 + data2);
});
});
}
```
使用 async/await：
```csharp
public async Task GetDataAsync()
{
// 启动第一个异步操作，但不阻塞
Task task1 = GetWebDataAsync("service1");
// 启动第二个异步操作，但不阻塞
Task task2 = GetWebDataAsync("service2");
// 在这里，我们可以做其他事情，或者直接await
// await Task.Delay(100); // 模拟其他工作
// 等待第一个任务完成，并获取结果
string data1 = await task1;
// 等待第二个任务完成，并获取结果
string data2 = await task2;
return data1 + data2;
}
// 假设 GetWebDataAsync 方法如下（已优化为返回 Task）
private Task GetWebDataAsync(string serviceUrl)
{
// 这是一个模拟的异步操作，实际会使用HttpClient等
return Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"Starting to fetch data from {serviceUrl}...");
// 模拟网络延迟
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine($"Finished fetching data from {serviceUrl}.");
return $"Data from {serviceUrl}";
});
}
```
在这个 `GetDataAsync` 方法中：
`async` 关键字让编译器知道这是一个异步方法。
`Task` 表示这个方法最终会返回一个 `string`。
`Task task1 = GetWebDataAsync("service1");` 启动了第一个网络请求，但 立即返回，并没有等待。
`Task task2 = GetWebDataAsync("service2");` 同样，启动了第二个请求，也 立即返回。
`string data1 = await task1;` 这一行是关键。当执行到这里时，它会检查 `task1` 是否已经完成。
如果 `task1` 已经完成，方法会立即继续执行 `task1.Result`，获取结果。
如果 `task1` 尚未完成，方法会在 `await` 处“暂停”，将控制权返回给调用者（或者其他可以工作的线程）。当 `task1` 完成时，它会重新从 `await task1;` 这一行继续执行。
`string data2 = await task2;` 类似地，等待第二个任务。
注意： 在上面的 `GetDataAsync` 中，`task1` 和 `task2` 是并行启动的，因为它们之间没有 `await` 隔开。它们都会独立地在后台执行。只有当需要使用 `task1` 的结果时，才会在 `await task1` 处等待。
总结：
async/await 是一种编译器转换技术，它将你写的顺序代码转换成一个状态机。这个状态机允许方法在遇到 `await` 时“暂停”，将控制权释放出去，并在等待的异步操作完成后“恢复”执行。它极大地简化了异步编程的复杂性，提高了代码的可读性和线程效率，是现代 C 开发中不可或缺的一部分。理解 `Task`、`await` 的工作原理（捕获上下文、释放线程、注册回调、恢复执行）以及 `ConfigureAwait` 的作用，是掌握这一模式的关键。
想象一下，你正在一家繁忙的咖啡店里。你需要完成三件事：
1. 冲泡咖啡（耗时操作）
2. 打包点心（耗时操作）
3. 清洁柜台（相对耗时，但可以并行）
在没有 async/await 之前，如果你想在冲泡咖啡的同时去打包点心，你会怎么做？最直接的办法可能是：
启动冲泡咖啡的机器，然后站着等待，期间你可以做点什么。
咖啡机的指示灯亮了，说明咖啡好了。
然后你去打包点心，同样站着等待。
点心包好了，你去清洁柜台。
整个过程，你大部分时间都处于“等待”状态，并没有充分利用自己的时间。如果你有很多顾客，而你一直在原地等待，效率会非常低。
传统异步：回调地狱的雏形
早期的异步编程，我们可能会用委托、事件或者更高级的 `Task`（在 .NET 4.0 之前）来模拟。比如，冲泡咖啡的动作会返回一个“正在进行”的指示，你告诉它“咖啡好了之后，就通知我来打包点心”。
```csharp
// 这是一个简化到极致的类比，实际操作会复杂得多
public class CoffeeMachine
{
public void StartBrewing()
{
// 假设这是一个异步操作，比如启动一个计时器
// 结束后会触发一个事件
}
public event Action CoffeeReady;
// ... 内部模拟异步完成
public void SimulateBrewingComplete()
{
CoffeeReady?.Invoke();
}
}
public class Barista
{
public void MakeCoffeeAndPack()
{
var coffeeMachine = new CoffeeMachine();
coffeeMachine.CoffeeReady += () => // 回调：咖啡好了之后做什么
{
Console.WriteLine("咖啡好了！开始打包点心...");
// ... 打包点心（也可能是异步的）
// ... 打包点心完成后，又可能触发另一个回调...
Console.WriteLine("点心打包好了！");
};
Console.WriteLine("开始冲泡咖啡...");
coffeeMachine.StartBrewing();
}
}
```
你可能会发现，随着操作的增多，嵌套的回调函数会越来越多，代码就像剥洋葱一样，一层套一层，这就是所谓的“回调地狱”。而且，一旦某个异步操作失败，错误处理也会变得异常困难。
async/await 的出现：化繁为简的“魔法”
async/await 的核心在于，它允许你暂停一个方法的执行，去做别的事情，然后在某个异步操作完成时，恢复这个方法的执行，而且你会发现，代码看起来仍然是顺序执行的，就像同步代码一样。
让我们回到咖啡店的例子，用 async/await 的思路来思考：
1. 声明你的“魔法”： 你告诉 C 编译器，“我要在这个方法里使用异步操作，并且它最终会返回一个结果（或者什么都不返回，但整个过程是非阻塞的）”。这就需要你给方法加上 `async` 关键字。
2. 启动一个“异步任务”： 你去启动冲泡咖啡的机器。这时候，你不需要站着原地傻等。你只是递给机器一个“任务”，告诉它“你去做吧，但你需要给我一个‘信号’，告诉我你什么时候准备好了。” 这个“信号”就是 `Task`。
3. “等待”那个“信号”： 在等待咖啡机的过程中，你就可以去做其他事情了，比如去打包点心。但关键是，你不是真正地阻塞，而是告诉 .NET 运行时：“嘿，我在这里需要这个咖啡的任务结果，你先去忙别的，等咖啡好了，再回来告诉我，让我继续执行这个方法剩下的部分。” 这就是 `await` 的作用。`await` 后面跟着的，必须是一个可以“等待”的东西，通常是 `Task` 或 `Task
4. 并发执行： 在 `await` 咖啡机任务的同时，你就可以开始打包点心。打包点心本身也可能是一个异步操作，所以你也可以对它使用 `await`。
C 5.0 的 async/await 到底做了什么？
从 C 语言层面来看，`async` 和 `await` 关键字的作用是“翻译”你的代码，将你看似同步的写法，转换成高效的、非阻塞的异步执行模式。
`async` 关键字： 这个关键字本身不改变方法的行为，它只是一个标志，告诉编译器：“这个方法可能包含 `await` 表达式，并且它应该被编译器转换成状态机。”
`await` 关键字： 这是真正实现“暂停”和“恢复”的地方。当编译器遇到 `await` 时，它会进行一系列操作：
1. 捕获当前上下文： .NET 运行时会记录下当前方法的执行状态（比如局部变量的值、正在执行的代码行）。
2. 启动异步操作： 它会调用 `await` 后面的方法（例如，一个返回 `Task` 的方法），并注册一个回调。
3. “释放”线程： 如果是在 UI 线程上，`await` 会将控制权立即交还给 UI 事件循环，这样 UI 不会卡死。如果是在线程池线程上，该线程可以立即去做其他工作。
4. 注册回调： 回调会在异步操作完成后被调用。这个回调的任务是“恢复”之前被暂停的方法。
5. 恢复执行： 当异步操作完成时，注册的回调会被执行，它会重新捕获之前保存的上下文，并将方法从 `await` 的地方继续执行下去。
.NET 4.5 的 async/await 基础设施
.NET 4.5 为 async/await 提供了底层支持，主要是通过 `System.Threading.Tasks.Task` 和 `System.Threading.Tasks.Task
`Task` 和 `Task
`ConfigureAwait`： 这是一个非常重要的概念，尤其是在 UI 编程或 ASP.NET Core 中。当一个 `Task` 被 `await` 时，通常会捕获当前的“同步上下文”（SynchronizationContext）。默认情况下，`await` 完成后会在捕获到的同步上下文中恢复执行。
在 UI 线程上，这意味着恢复执行会在 UI 线程上，可以安全地更新 UI 元素。
在 ASP.NET Core 中，默认行为是不捕获同步上下文，这是一种更优的选择，因为它可以让执行线程被更有效地重用。
`await myTask.ConfigureAwait(false);` 这个用法就明确告诉 .NET 运行时：“我不在乎这个 `await` 完成后在哪里恢复执行，只要继续就行。” 这可以避免潜在的死锁，并提高吞吐量，特别是在类库中。
async/await 的核心优势：
1. 代码可读性： 最大的亮点。它让异步代码看起来几乎和同步代码一样，消除了复杂的嵌套和回调管理。
2. 线程效率： 避免了在等待 I/O（如网络请求、文件读写、数据库查询）时阻塞线程。当一个线程被 `await` 暂停时，它可以被释放去处理其他请求或执行其他任务，极大地提高了资源利用率。
3. 错误处理： 异常会在 `await` 的地方正常抛出，你可以使用标准的 `trycatch` 块来处理异步操作中的错误，就像处理同步代码一样。
4. 易于调试： 调试器能够更好地跟踪 `async` 方法的执行流程，设置断点也更直观。
举个例子：
假设我们要从两个不同的 Web 服务获取数据，并合并它们。
没有 async/await 的做法（简化）：
```csharp
// 想象一个方法 GetWebDataAsync() 返回 Task
public string GetDataSync()
{
string data1 = GetWebDataAsync("service1").Result; // 阻塞等待
string data2 = GetWebDataAsync("service2").Result; // 阻塞等待
return data1 + data2;
}
```
或者使用回调（非常繁琐）：
```csharp
// 更加复杂和难以阅读
public void GetDataCallback(Action
{
string data1 = "";
string data2 = "";
GetWebDataAsync("service1", result1 =>
{
data1 = result1;
GetWebDataAsync("service2", result2 =>
{
data2 = result2;
completionCallback(data1 + data2);
});
});
}
```
使用 async/await：
```csharp
public async Task
{
// 启动第一个异步操作，但不阻塞
Task
// 启动第二个异步操作，但不阻塞
Task
// 在这里，我们可以做其他事情，或者直接await
// await Task.Delay(100); // 模拟其他工作
// 等待第一个任务完成，并获取结果
string data1 = await task1;
// 等待第二个任务完成，并获取结果
string data2 = await task2;
return data1 + data2;
}
// 假设 GetWebDataAsync 方法如下（已优化为返回 Task
private Task
{
// 这是一个模拟的异步操作，实际会使用HttpClient等
return Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"Starting to fetch data from {serviceUrl}...");
// 模拟网络延迟
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine($"Finished fetching data from {serviceUrl}.");
return $"Data from {serviceUrl}";
});
}
```
在这个 `GetDataAsync` 方法中：
`async` 关键字让编译器知道这是一个异步方法。
`Task
`Task
`Task
`string data1 = await task1;` 这一行是关键。当执行到这里时，它会检查 `task1` 是否已经完成。
如果 `task1` 已经完成，方法会立即继续执行 `task1.Result`，获取结果。
如果 `task1` 尚未完成，方法会在 `await` 处“暂停”，将控制权返回给调用者（或者其他可以工作的线程）。当 `task1` 完成时，它会重新从 `await task1;` 这一行继续执行。
`string data2 = await task2;` 类似地，等待第二个任务。
注意： 在上面的 `GetDataAsync` 中，`task1` 和 `task2` 是并行启动的，因为它们之间没有 `await` 隔开。它们都会独立地在后台执行。只有当需要使用 `task1` 的结果时，才会在 `await task1` 处等待。
总结：
async/await 是一种编译器转换技术，它将你写的顺序代码转换成一个状态机。这个状态机允许方法在遇到 `await` 时“暂停”，将控制权释放出去，并在等待的异步操作完成后“恢复”执行。它极大地简化了异步编程的复杂性，提高了代码的可读性和线程效率，是现代 C 开发中不可或缺的一部分。理解 `Task`、`await` 的工作原理（捕获上下文、释放线程、注册回调、恢复执行）以及 `ConfigureAwait` 的作用，是掌握这一模式的关键。
网友意见
await修饰的方法返回的是一个Task，而这个Task其实就是一个异步句柄，如果我来取名字的话多半就叫做IAsyncHandler。
一个IAsyncHandler你可以想象成是这么一个东西：
public interface IAsyncHandler { Register( Action continuation ); } 这是伪代码，事实上不存在这么个东西。
注册一个回调方法在异步操作完成后继续，所以事实上这段代码的原理像是这样的：
private async void btnDoStuff_Click(object sender, RoutedEventArgs e) { btnDoStuff.IsEnabled = false; lblStatus.Content = "Doing Stuff"; var handler = Task.Delay(4000) as IAsyncHandler handler.Register( () => { lblStatus.Content = "Not Doing Anything"; btnDoStuff.IsEnabled = true; } ); } 当然上面全是伪代码，但是如果你能看懂这段代码在干什么，那么async基本就可以懂了，剩下的只是一些实现细节上的问题。
通常情况下，Task.Delay会立即返回一个Task对象，这个Task对象会在指定时间之后被标记为Completed，而被标记Completed就会立即开一个线程来进行延续的操作。
但是这里有个问题就是你这个方法是写在UI线程里面的，控件的事件会被UI线程触发，而UI线程上有个SynchronizationContext对象，这个对象的存在就会使得系统在异步回调的时候去捕获源线程。在原来的线程（UI线程）去执行延续的任务。
而我们知道WinForm里面有个方法叫做Control.Invoke，可以把一个方法封送到UI线程去执行，而上面的工作和这个方法底层的原理其实是一样的，所以，其实这段代码用传统的思维来理解的话像是这样：
private async void btnDoStuff_Click(object sender, RoutedEventArgs e) { btnDoStuff.IsEnabled = false; lblStatus.Content = "Doing Stuff"; Action continuation = () => { lblStatus.Content = "Not Doing Anything"; btnDoStuff.IsEnabled = true; }; Thread.Start( () => { Thread.Sleep( 4000 ); Control.Invoke( continuation ); } ); } 类似的话题
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async/await 就像是为 C 语言量身打造的一套“魔法咒语”，它能让原本头疼的异步编程变得像写同步代码一样直观和流畅。要真正理解它，我们需要抛开一些传统的束缚，从更根本的角度去思考。想象一下，你正在一家繁忙的咖啡店里。你需要完成三件事：1. 冲泡咖啡（耗时操作）2. 打包点心（耗时操作）............. -
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