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.NET異步編程模式的三種類型介紹_實用技巧

作者：.NET開發菜鳥 ? 更新時間： 2022-05-23 編程語言

一、引言

.NET中很多的類、接口在設計的時候都考慮了多線程問題，簡化了多線程程序的開發，不用自己去寫WaitHandler等這些底層的代碼，由于歷史的發展，這些類的接口設計有著三種不同的風格：EAP、APM和TPL。目前重點用TPL。

二、EAP

EAP是Event-based Asynchronous Pattem（基于事件的異步模型）的簡寫，類似于Ajax中的XmlHttpRequest，send之后并不是處理完成了，而是在onreadystatechange事件中再通知處理完成。看下面的一個示例。

我們創建一個Winform程序，窗體上面有一個按鈕和一個文本框，點擊按鈕開始下載，下載完成以后給文本框賦值，界面如圖所示：

開始下載代碼如下：

using System;
using System.Net;
using System.Windows.Forms;

namespace EAPDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        /// 
        /// 開始下載
        /// 
        /// 
        /// 
        private void btnDownload_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            // 實例化對象
            WebClient wc = new WebClient();
            // 注冊完成事件
            wc.DownloadStringCompleted += Wc_DownloadStringCompleted;
            // 異步下載 不會阻塞界面，窗體可以隨意拖動
            wc.DownloadStringAsync(new Uri("http://www.baidu.com"));
        }

        /// 
        /// 下載完成事件
        /// 
        /// 
        /// 
        private void Wc_DownloadStringCompleted(object sender, DownloadStringCompletedEventArgs e)
        {
            // 給文本框賦值
            txtContent.Text = e.Result;
        }
    }
}

程序執行的時候，界面可以隨意拖動，不會卡住界面，而使用同步方法就會卡住界面，使用同步方法時放到一個單獨的線程里面也可以實現不卡住界面，但是那種寫法比較復雜，直接使用異步方法就可以完成。?

EAP的優點是簡單，缺點是當實現復雜的業務的時候很麻煩，比如下載A成功后再下載B，如果下載B成功再下載C，否則就下載D。

EAP的類的特點是：一個異步方法配合一個***Completed事件。.NET中基于EAP的類比較少，也有更好的替代品，因此了解即可。

三、APM

APM（Asynchronous Programming Model）的縮寫，是.NET舊版本中廣泛使用的異步編程模型。使用了APM的異步方法會返回一個IAsyncResult 對象，這個對象有一個重要的屬性：AsyncWaitHandle。它是一個用來等待異步任務執行結束的一個同步信號。看下面的一個示例。

界面上由一個按鈕和一個文本框，點擊按鈕開始讀取文件內容，讀取完畢之后給文本框賦值，界面如下圖所示：

按鈕代碼如下：

using System;
using System.IO;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;

namespace APMDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void btnRead_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            // 打開文件
            FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt");
            // 聲明數組
            byte[] buffer = new byte[1024];
            // BeginRead開始讀取
            IAsyncResult aResult = fs.BeginRead(buffer, 0, buffer.Length, null, null);
            //等待任務執行結束
            aResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();
            this.txtContent.Text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            // 結束讀取
            fs.EndRead(aResult);
        }
    }
}

因為里面使用了WaitOne()，這里會產生等待，如果等待時候過長，還是會產生界面卡頓，所以最好還是放到多線程里面去執行，修改后的代碼如下：

using System;
using System.IO;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;

namespace APMDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void btnRead_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //// 打開文件
            //FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt");
            //// 聲明數組
            //byte[] buffer = new byte[1024];
            //// BeginRead開始讀取
            //IAsyncResult aResult = fs.BeginRead(buffer, 0, buffer.Length, null, null);
            ////等待任務執行結束
            //aResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();
            //this.txtContent.Text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            //// 結束讀取
            //fs.EndRead(aResult);

            #region 多線程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => 
            {
                // 打開文件
                FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt");
                // 聲明數組
                byte[] buffer = new byte[1024];
                // BeginRead開始讀取
                IAsyncResult aResult = fs.BeginRead(buffer, 0, buffer.Length, null, null);
                //等待任務執行結束
                aResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();
                this.txtContent.BeginInvoke(new Action(() => 
                {
                    this.txtContent.Text= Encoding.UTF8.GetString(buffer); ;
                }));
                // 結束讀取
                fs.EndRead(aResult);
            });
            #endregion
        }
    }
}

如果不加 aResult.AsyncWaitHandle.WaitOne() 那么很有可能打印出空白，因為 BeginRead只是“開始讀取”。調用完成一般要調用 EndXXX 來回收資源。

APM 的特點是：方法名字以 BeginXXX 開頭，返回類型為 IAsyncResult，調用結束后需要EndXXX。

.Net 中有如下的常用類支持 APM：Stream、SqlCommand、Socket 等。

APM 還是太復雜，了解即可。

四、TPL

TPL（Task Parallel Library）是.NET 4.0之后帶來的新特性，更簡潔，更方便。現在在.NET平臺下已經被廣泛的使用。我們看下面的一個示例。

界面有一個開始按鈕和一個文本框，點擊按鈕開始讀取文件內容，讀取完畢賦值到文本框中，開始按鈕代碼如下：

using System;
using System.IO;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace TPLDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private  void btnRead_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            // 打開文件
            using (FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt"))
            {
                // 聲明數組
                byte[] buffer = new byte[1024];
                // BeginRead開始讀取
                Task task = fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
                // 等待
                task.Wait();
                this.txtContent.Text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            }
        }
    }
}

執行task.Wait()的時候如果比較耗時，也會造成界面卡頓，所以最好還是放到一個單獨的線程中取執行，優化后的代碼如下：

using System;
using System.IO;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace TPLDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private  void btnRead_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //// 打開文件
            //using (FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt"))
            //{
            //    // 聲明數組
            //    byte[] buffer = new byte[1024];
            //    // BeginRead開始讀取
            //    Task task = fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
            //    // 等待
            //    task.Wait();
            //    this.txtContent.Text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            //}


            // 開啟一個線程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
            {
                // 打開文件
                using (FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt"))
                {
                    // 聲明數組
                    byte[] buffer = new byte[1024];
                    // BeginRead開始讀取
                    Task task = fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
                    // 等待
                    task.Wait();
                    this.txtContent.Invoke(new Action(() =>
                    {
                        this.txtContent.Text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
                    }));
                }
            });
        }
    }
}

這樣用起來和APM相比的好處是：不需要EndXXX。但是TPL還有更強大的功能，那就是異步方法，我們在界面上在增加一個按鈕用來演示使用異步方法，其實現代碼如下：

using System;
using System.IO;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace TPLDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private  void btnRead_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //// 打開文件
            //using (FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt"))
            //{
            //    // 聲明數組
            //    byte[] buffer = new byte[1024];
            //    // BeginRead開始讀取
            //    Task task = fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
            //    // 等待
            //    task.Wait();
            //    this.txtContent.Text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            //}


            // 開啟一個線程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
            {
                // 打開文件
                using (FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt"))
                {
                    // 聲明數組
                    byte[] buffer = new byte[1024];
                    // BeginRead開始讀取
                    Task task = fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
                    // 等待
                    task.Wait();
                    this.txtContent.Invoke(new Action(() =>
                    {
                        this.txtContent.Text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
                    }));
                }
            });
        }

        /// 
        /// 異步讀取方法
        /// 
        /// 
        /// 
        private async void btnAsync_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            // 打開文件
            using (FileStream fs = File.OpenRead("F:/test.txt"))
            {
                // 聲明數組
                byte[] buffer = new byte[1024];
                // BeginRead開始讀取
                await fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
                this.txtContent.Text = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            }
        }
    }
}

使用異步方法，要把方法標記為異步的，就是將方法標記為async，然后方法中使用await，await表示等待ReadAsync執行結束。

注意：方法中如果使用了await，那么方法就必須標記為async，但也不是所有方法都可以被輕松的標記為async。WinForm中的事件處理方法都可以被標記為async，MVC中的Action方法也可以被標記為async，控制臺的Main方法則不能被標記為async。

TPL的特點是：方法都以XXXAsync結尾，返回值類型是泛型的Task。

TPL讓我們可以用線性的方式去編寫異步程序，不在需要像EAP中那樣搞一堆回調、邏輯跳來跳去了。await現在已經被JavaScript借鑒走了！

我們用await實現下面的一個功能：先下載A，如果下載的內容長度大于100則下載B，否則下載C。代碼實現如下：

using System;
using System.Net;
using System.Windows.Forms;

namespace AwaitDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private async void btnDownload_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            WebClient wc = new WebClient();
            string str=await wc.DownloadStringTaskAsync("http://www.baidu.com");
            if(str.Length>100)
            {
                str = await wc.DownloadStringTaskAsync("https://www.jd.com/");
            }
            else
            {
                str = await wc.DownloadStringTaskAsync("http://www.dangdang.com/");
            }
            this.txtContent.Text = str;
        }
    }
}

Task中的T是什么類型在每個方法中都不一樣，具體是什么類型要看文檔。

WebClient、Stream、Socket等這些“歷史悠久”的類都同時提供了APM、TPL更改的API，甚至有的還提供了EAP風格的API。這里建議盡可能的使用TPL風格的。

五、如何編寫異步方法

在上面的示例中，我們都是使用的.NET框架給我們提供好的API，如果我們想自己編寫異步方法該怎么辦？因為目前Task使用最廣泛，所以我們這里以TPL為例講解如何編寫自己的異步方法。

首先異步方法的返回值要是Task類型，方法里面返回一個Task類型，潛規則（不要求）是方法名字以Async結尾，這樣就會知道這是一個異步方法。看下面的例子：

/// 
/// 自定義異步方法，返回類型是string
/// 
/// 
private Task TestTask()
{
    return Task.Run(() => 
    {
        // 讓線程休眠3秒，模擬一個耗時的操作
        Thread.Sleep(3000);
        return "這是一個異步方法";
    });
}

這樣就編寫好了一個異步方法。那么怎么使用這個異步方法呢？使用方法跟我們使用.NET框架提供的異步方法一樣，看下面調用異步方法的代碼：

using System;
using System.Net;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace AwaitDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private async void btnDownload_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            WebClient wc = new WebClient();
            string str=await wc.DownloadStringTaskAsync("http://www.baidu.com");
            if(str.Length>100)
            {
                str = await wc.DownloadStringTaskAsync("https://www.jd.com/");
            }
            else
            {
                str = await wc.DownloadStringTaskAsync("http://www.dangdang.com/");
            }
            this.txtContent.Text = str;
        }

        /// 
        /// 自定義異步方法，返回類型是string
        /// 
        /// 
        private Task TestTask()
        {
            return Task.Run(() => 
            {
                // 讓線程休眠3秒，模擬一個耗時的操作
                Thread.Sleep(3000);
                return "這是一個異步方法";
            });
}

        /// 
        /// 調用自定義的異步方法
        /// 
        /// 
        /// 
        private async void btnCall_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            string str = await TestTask();
            this.txtContent.Text = str;
        }
    }
}

程序輸出結果：

這樣就可以調用自己寫的異步方法了。

原文鏈接：https://www.cnblogs.com/dotnet261010/p/12339966.html

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一、引言

二、EAP

三、APM

四、TPL

五、如何編寫異步方法

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