C#彻底搞懂asyncawait
1. 前⾔
Talk is cheap, Show you the code first！
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
AsyncMethod();
Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
private async Task AsyncMethod()
{
var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
Console.WriteLine(Result);
//返回值是`Task`的函数可以不⽤`return`，或者将`Task`改为void
}
//这个函数就是⼀个耗时函数，可能是`IO`操作，也可能是`cpu`密集型⼯作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{
var task = Task.Run(()=> {
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
return task;
}
我靠，这么复杂竟然有三个函数竟然有那么多⾏
别着急，慢慢看完，最后的时候你会发现使⽤async/await真的炒鸡优雅。
2. 异步⽅法的结构
上⾯是⼀个的使⽤async/await的例⼦（为了⽅便解说原理我才写的这样复杂的）。
使⽤async/await能⾮常简单的创建异步⽅法，防⽌耗时操作阻塞当前线程。
使⽤async/await来构建的异步⽅法，逻辑上主要有下⾯三个结构：
2.1 调⽤异步⽅法
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
AsyncMethod();//这个⽅法就是异步⽅法，异步⽅法的调⽤与⼀般⽅法完全⼀样
Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
注意：微软建议异步⽅法的命名是在⽅法名后添加Aysnc后缀，⽰例是我为了读起来⽅便做成了前缀，在真正构建异步⽅法的时候请注意⽤后缀。
异步⽅法的返回类型只能是void、Task、Task<TResult>。⽰例中异步⽅法的返回值类型是Task。
另外，上⾯的AsyncMethod()会被编译器提⽰报警，如下图：
因为是异步⽅法，所以编译器提⽰在前⾯使⽤await关键字，这个后⾯再说，为了不引⼊太多概念导致难以理解暂时就先这么放着。
writeline函数
2.2 异步⽅法本体
private async Task AsyncMethod()
{
var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
Console.WriteLine(Result);
//返回值是`Task`的函数可以不⽤`return`，或者将`Task`改为void
}
⽤async来修饰⼀个⽅法，表明这个⽅法是异步的，声明的⽅法的返回类型必须为：void或Task或Task<TResult>。⽅法内部必须含有await修饰的⽅法，如果⽅法内部没有await关键字修饰的表达式，哪怕函数被async修饰也只能算作同步⽅法，执⾏的时候也是同步执⾏的。
被await修饰的只能是Task或者Task<TResule>类型，通常情况下是⼀个返回类型是Task/Task<TResult>的⽅法，当然也可以修饰⼀个Task/Task<TResult>变量，await只能出现在已经
⽤async关键字修饰的异步⽅法中。上⾯代码中就是修饰了⼀个变量ResultFromTimeConsumingMethod。
关于被修饰的对象，也就是返回值类型是Task和Task<TResult>函数或者Task/Task<TResult>类型的变量：如果是被修饰对象的前⾯⽤await修饰，那么返回值实际上是void或
者TResult（⽰例中ResultFromTimeConsumingMethod是TimeConsumingMethod()函数的返回值，也就是Task<string>类型，当ResultFromTimeConsumingMethod在前⾯加了await关键字后await ResultFromTimeConsumingMethod实际上完全等于ResultFromTimeConsumingMethod.Result）。如果没有await，返回值就是Task或者Task<TResult>。
2.3 耗时函数
//这个函数就是⼀个耗时函数，可能是`IO`密集型操作，也可能是`cpu`密集型⼯作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{
var task = Task.Run(()=> {
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
return task;
}
这个函数才是真正⼲活的（为了让逻辑层级更分明，我把这部分专门做成了⼀个函数，在后⾯我会精简⼀下直接放到异步函数中，毕竟活在哪都是⼲）。
在⽰例中是⼀个CPU密集型的⼯作，我另开⼀线程让他拼命⼲了5s。如果是IO密集型⼯作⽐如⽂件读写等可以直接调⽤.Net提供的类库，对于这些类库底层具体怎么实现的？是⽤了多线程还是DMA？或者是多线程+DMA？这些问题我没有深究但是从表象看起来和我⽤Task另开⼀个线程去做耗时⼯作是⼀样的。
await只能修饰Task/Task<TResult>类型，所以这个耗时函数的返回类型只能是Task/Task<TResult>类型。
总结：有了上⾯三个结构就能完成使⽤⼀次异步函数。
3. async/await异步函数的原理
在开始讲解这两个关键字之前，为了⽅便，对某些⽅法做了⼀些拆解，拆解后的代码块⽤代号指定：
上图对⽰例代码做了⼀些指定具体就是：
Caller代表调⽤⽅函数，在上⾯的代码中就是button1_Click函数。
CalleeAsync代表被调⽤函数，因为代码中被调⽤函数是⼀个异步函数，按照微软建议的命名添加了Async后缀，在上⾯⽰例代码中就是AsyncMethod()函数。
CallerChild1代表调⽤⽅函数button1_Click在调⽤异步⽅法CalleeAsync之前的那部分代码。
CallerChild2代表调⽤⽅函数button1_Click在调⽤异步⽅法CalleeAsync之后的那部分代码。
CalleeChild1代表被调⽤⽅函数AsyncMethod遇到await关键字之前的那部分代码。
CalleeChild2代表被调⽤⽅函数AsyncMethod遇到await关键字之后的那部分代码。
TimeConsumingMethod是指被await修饰的那部分耗时代码（实际上我代码中也是⽤的这个名字来命名的函数）
⽰例代码的执⾏流程
这⾥涉及到了两个线程，线程ID分别是1和4。
Caller函数被调⽤，先执⾏CallerChild1代码，这⾥是同步执⾏与⼀般函数⼀样，然后遇到了异步函数CalleeAsync。
在CalleeAsync函数中有await关键字，await的作⽤是打分裂点。
编译器会把整个函数CalleeAsync从这⾥分裂成两个函数。await关键字之前的代码作为⼀个函数（按照我上⾯定义的指代，下⽂中就叫这部分代码CalleeChild1）await关键字之后的代码作为⼀个函数CalleeChild2。
CalleeChild1在调⽤⽅线程执⾏（在⽰例中就是主线程Thread1），执⾏到await关键字之后，另开⼀个线程耗时⼯作在Thread4中执⾏，然后⽴即返回。这时调⽤⽅会继续执⾏下⾯的代码CallerChild2（注意是Caller不是Callee）。
在CallerChild2被执⾏期间，TimeConsumingMethod也在异步执⾏（可能是在别的线程也可能是CPU不参与操作直接DMA的IO操作）。
当TimeConsumingMethod执⾏结束后，CalleeChild2也就具备了执⾏条件，⽽这个时候CallerChild2可能执⾏完了也可能没有，由于CallerChild2与CalleeChild2都会在Caller的线程执⾏，这⾥就会有冲
突应该先执⾏谁，编译器会在合适的时候在Caller的线程执⾏这部分代码。⽰意图如下：
请注意，CalleeChild2在上图中并没有画任何箭头，因为这部分代码的执⾏是由编译器决定的，暂时⽆法具体描述是什么时候执⾏。
总结：整个流程下来，除了TimeConsumingMethod函数是在Thread4中执⾏的，剩余代码都是在主线程Thread1中执⾏的。也就是说异步⽅法运⾏在当前同步上下⽂中，只有激活的时候才占⽤当前线程的时间，异步模型采⽤时间⽚轮转来实现。你也许会说，明明新加了⼀个Thread4线程怎么能说是运⾏在当前的线程中呢？这⾥说的异步⽅法运⾏在当前线程上的意思是由CalleeAsync分裂出来的CalleeChild1和CalleeChild2的确是运⾏在Thread1上的。
4. 带返回值的异步函数
之前的⽰例代码中异步函数是没有返回值的，作为理解原理⾜够了，但是在实际应⽤场景中，带返回值的应⽤才是最常⽤的。那么，上代码：
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
var ResultTask  = AsyncMethod();
Console.WriteLine(ResultTask.Result);
Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
private async Task<string> AsyncMethod()
{
var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
Console.WriteLine(Result);
return Result;
}
//这个函数就是⼀个耗时函数，可能是`IO`操作，也可能是`cpu`密集型⼯作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{
var task = Task.Run(()=> {
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
return task;
}
主要更改的地⽅在这⾥：
按理说没错吧？然⽽，这代码⼀旦执⾏就会卡死。
4.1 死锁
是的，死锁。分析⼀下为什么：
按照之前我划定的代码块指定，在添加了新代码后CallerChild2与CalleeChild2的划分如上图。
这两部分代码块都是在同⼀个线程上执⾏的，也就是主线程Thread1，⽽且通常情况下CallerChild2是会早于CalleeChild2执⾏的(毕竟CalleeChild2得在耗时代码块执⾏之后执⾏)。Console.WriteLine(ResultTask.Result);(CallerChild2)其实是在请求CalleeChild2的执⾏结果，此时明显CalleeChild2还没有结束没有return任何结果，那Console.WriteLine(ResultTask.Result)；就只能阻塞Thread1等待，直到CalleeChild2有结果。
然⽽问题就在这，CalleeChild2也是在Thread1上执⾏的，此时CallerChild2⼀直占⽤Thread1等待CalleeChild2的结果，耗时程序结束后轮到CalleeChild2执⾏的时候CalleeChild2⼜
因Thread1被CallerChild2占⽤⽽抢不到线程，永远⽆法return，那么CallerChild2就会永远等下去，这就造成了死锁。
4.2 解决⽅法
解决办法有两种⼀个是把Console.WriteLine(ResultTask.Result)；放到⼀个新开线程中等待(个⼈觉得这⽅法有点⿇烦，毕竟要新开线程)，还有⼀个⽅法是把Caller也做成异步⽅法：
ResultTask.Result变成了ResultTask 的原因上⾯也说了，await修饰的Task/Task<TResult>得到的是TResult。
之所以这样就能解决问题是因为嵌套了两个异步⽅法，现在的Caller也成了⼀个异步⽅法，当Caller执⾏到await后直接返回了（await拆分⽅法成两部分），CalleeChild2执⾏之后才轮到Caller中await后⾯的代码块（Console.WriteLine(ResultTask.Result);）。
另外，把Caller做成异步的⽅法也解决了⼀开始的那个警告，还记得么？
5. 质疑
到现在，你可能会说：使⽤async/await不⽐直接⽤Task.Run()来的简单啊？⽐如我⽤Task的TaskContinueWith⽅法也能实现：
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var ResultTask = Task.Run(()=> {
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
ResultTask.ContinueWith(OnDoSomthingIsComplete);
}
private void OnDoSomthingIsComplete(Task<string> t)
{
Action action = () => { textBox1.Text = t.Result;};
textBox1.Invoke(action);
Console.WriteLine("Continue Thread ID :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
是的，上⾯的代码也能实现。但是，async/await的优雅的打开⽅式是这样的：
private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var t = Task.Run(() => {
Thread.Sleep(5000);
return "Hello I am TimeConsumingMethod";
});
textBox1.Text = await t;
}
看到没，惊不惊喜，意不意外，寥寥⼏⾏就搞定了，不⽤再多写那么多函数，使⽤起来也很灵活。最让⼈头疼的跨线程修改控件的问题完美解决了，再也不⽤使⽤Invoke了，因为修改控件的操作压根就是在原来的线程上做的，还能不阻塞UI。
注：感谢17楼和23楼同学对死锁的解释，并给出了其它解决办法，你们是对的！同时也感谢其他同学的互动参与，通过交流相互提⾼才是我们想要的！

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