C# 异步编程（async&await）

什么是异步编程

每次启动程序时，系统会自动在内存中创建一个进程。进程是构成运行程序的资源的集合。这些资源包括虚地址空间、文件句柄和许多其他程序运行所需的资源。
在进程的内部，系统会创建一个称为线程的内核（Kernel）的对象，它代表了真正的运行程序。线程是执行线程的简称。当进程建立，系统就会由主程序的Main方法的第一行语句处开始了线程的执行。

在默认情况下，一个进程只包含一个线程，即从程序的开始，一直执行到结束。
线程是可以派生其他线程，在任意时刻，一个进程都可以包含不同状态的多个线程，来执行程序的不同部分。
如果一个进程拥有多个线程，它们将共享进程的资源。
系统为处理器规划的执行单元，是线程而非进程。

在很多时候，我们在进程中使用单一线程从头到尾地执行程序，这种简单模式会导致性能和用户体验令人难以接受。
比如程序向另外一台服务器发出请求，由于网络等外部原因，此种通信任务往往会耗费大量时间，进程如果在此期间仅仅只能等待网络或网络上其他机器的响应，将严重地降低了性能。程序不应该浪费等待的时间，而应该更加高效地利用，在等待的时间执行其他任务，回复到达后再继续执行第一个任务。
如果程序调用某个方法，等待其执行全部处理后才能继续执行，我们称其为同步的。相反，在处理完成之前就返回调用方法则是异步的。
我们在编程语言的流程中添加了异步控制的部分，这部分的编程可以称之为异步编程。

总结：

同步~同步就是指一个进程在执行某个请求的时候，若该请求需要一段时间才能返回信息，那么这个进程将会一直等待下去，直到收到返回信息才继续执行下去

异步~异步是指进程不需要一直等下去，而是继续执行下面的操作，不管其他进程的状态。当有消息返回时系统会通知进程进行处理，这样可以提高执行的效率。
　　 异步是一种目的。手段有异步委托、多线程、线程池等...

.NET异步编程的发展历程

异步编程四个发展过程，参考：[你必须知道的异步编程]

NET1.1 APM（异步编程模型）：.net 1.0时期就提出的一种异步模式，基于IAsyncResult接口实现BeginXXX和EndXXX类似的方法。HttpWebRequest就实现了该模式（继承IAsyncResult接口并且实现BeginXXX和EndXXX方法）

NET2.0 EAP（基于事件的异步编程模型）：实现了基于事件的异步模式的类将具有一个或者多个以Async为后缀的方法和对应的Completed事件，并且这些类都支持异步方法的取消、进度报告和报告结果。然而.net中并不是所有的类都支持EAP。当调用基于事件的EAP模式的类的XXXAsync方法时，就开始了一个异步操作，并且基于事件的EAP模式是基于APM模式之上的，而APM又是建立在委托之上的。

NET4.0 TAP（基于任务的异步编程模型）：.net 4.0为我们带来了Task的异步，我们有以下4种方法创建Task：

1，Task.Factory.StartNew()，比较常用。

2，Task t1 = new Task(() => { Console.WriteLine("t1 start"); }); t1.Start();

3，Task.Run()，是.net 4.5中增加的。

4，Task.FromResult()，如果结果是已计算，就可以使用这种方法来创建任务。

NET4.5 异步和等待(async和await)：

使用async 和await关键字来定义异步方法，使得代码就像定义同步方法一样简单。

注意：使用async 和await定义异步方法不会创建新线程，它运行在现有线程上执行多个任务.

综上：以上几种模型本质都是使用线程池和委托机制的。

线程池

托管线程池

1、在 Framework 4 及更高版本中使用线程池容易得多，因为可以创建在线程池线程上执行异步任务的 Task 和 Task<TResult> 对象。

2、特征：线程池线程是后台线程。

通过这种重复使用，应用程序可以避免产生为每个任务创建新线程的开销。

每个进程只有一个线程池。

3、线程池最大线程数

进程可以调用 ThreadPool.GetMaxThreads 方法，以确定线程数。

可以使用 ThreadPool.GetMaxThreads 和 ThreadPool.SetMaxThreads 方法来控制最大线程数。

任务Task

Task是.NET4.0加入的，跟线程池ThreadPool的功能类似，用Task开启新任务时，会从线程池中调用线程，而Thread每次实例化都会创建一个新的线程。

注意：用Task方式启动的代码不能控制其优先级，因为是采用的线程池。用Thread才可以设置优先级。

可查看官网：何时不使用线程池线程

创建Task的一般方法有：
1、直接实例化：必须手动去Start

var task1 = new Task(() =>

{

//TODO you code

});

task1.Start（）；
2、工厂模式创建，直接执行

var task2 = Task.Factory.StartNew(() =>

{

//TODO you code

});
3、Run方法创建，直接执行

var task2 = Task.Run(() =>

{

//TODO you code

});

Task的生命周期：

方法名　　说明
Created 　　表示默认初始化任务，但是“工厂创建的”实例直接跳过。
WaitingToRun 　　这种状态表示等待任务调度器分配线程给任务执行。
RanToCompletion   任务执行完毕。

Task的任务控制：
方法名　　　　　　　　　　说明
Task.Wait task1.Wait();　　就是等待任务执行（task1）完成，task1的状态变为Completed。
Task.WaitAll 　　　　　　　   待所有的任务都执行完成：
Task.WaitAny 　　　　　　等待任何一个任务完成就继续向下执行
Task.ContinueWith 　　　　   第一个Task完成后自动启动下一个Task，实现Task的延续
CancellationTokenSource 通过cancellation的tokens来取消一个Task。

1、Task Wait方法不会等待子Task完成

所谓的子Task，就是在一个Task中再创建一个Task，也就是嵌套Task。

在主线程中等待后台线程执行完毕，可以使用Wait方法(会以同步的方式来执行)。不用Wait则会以异步的方式来执行。

测试：

private void  ParentTask()
        {
            Task.Factory.StartNew(() =>
                {
                    SonTask();
                });
            Thread.Sleep(100);
            Console.WriteLine("主Task执行完毕！");
        }
         private void  SonTask()
         {
            Thread.Sleep(1000);
            Console.WriteLine("子Task执行完毕！");
         }
        [STAThread]
        static void Main()
        {
            Task parentTask = Task.Factory.StartNew(() => {
                ParentTask(); 
            });
           parentTask.Wait(); //等待parentTask完成
           Console.WriteLine("主进程执行");
           Console.ReadLine();
        }

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