c#笔记之同步异步

写在前面1.同步异步和多线程的关系为什么会有这个疑问：因为现在现在官方唯一推荐的异步就是Task + async/await但是Task又和多线程有使用；异：先确定一个答案：就是异步和多线程是两种东西，异步可以在单线程里异步也可以在多线程里异步；（就像一个人也可以煮饭的等饭煮好的时间去煮菜）同步异步是等不等的问题；比如煮饭和炒菜两件事，同步就是先煮饭等着饭煮好了再做菜；异步就是先淘米上锅煮饭然后在等饭煮好的这段时间里顺便去做菜，在你做菜的这段时间不管饭煮没煮好都会先等你把菜做好；饭煮好了菜没做完你就继续做菜；多线程就是多来一个人，这时候可以一个人做菜一个人煮饭；同：多线程和异步都是解决时间的问题，因为一直做一件耗时间的事情会卡ui主线程，两者都是把卡ui主线程的时间减少；多线程解决时间耗在一直做的过程中，也就是常说的CPU密集型计算，比如说要一个非常复杂的计算要算非常久，那就创个线程交给那个线程做这样不会卡ui主线程；异步解决时间主要是等结果，比如说读取或者写入文件，http通信等待对方返回结果这种；这时候就在告诉系统要读写什么之后或者是http通信告诉对方我要读取之后先释放主线程ui，让主线程ui可以更新继续更新界面；等写完了或者http对方回信了再叫主线程ui来处理；学习内容：一、同步异步1.1什么是同步异步同步和异步是对干一件事的而且这件事主要还是等的时候比如去点了一杯奶茶，主要的时间是等奶茶做好；这个等待的过程的描述；如果你一直在原地等奶茶做好再去干别的那就是同步，等奶茶的时候先去做别的事比如逛别的店之类的那就是异步；1.2异步发展流程1.2.1最开始的异步（了解就好）在最开始的时候发现同步等一件事做完在做第二件事情，而且大部分时间是耗在等上面而不是实实在在的一直干活上太耗时间了；而且最开始的cpu不行线程太少了每条线程都非常宝贵；要是线程大部分时间都耗在等上太浪费了；就产生了异步的概念，也就是在耗时的操作上要把ui主线程给释放出来不要一直在等；最开始的时候就只能通过一下系统底层的异步api来实现，这些一般都是一些io操作由硬件来完成这样在主线程就可以直接把耗时的任务交给系统硬件完成；实现了主线程不会一直被占用；这样这是把任务交给了系统硬件；早期不需要返回值的异步直接调用系统底层api就好了，这样主线程就去干别的事了，异步的事情硬件去做，主线程就不管了；在早期的 Win32 API 编程中，如果你只是想让文件复制或者让音乐播放，且完全不关心它什么时候播完、有没有失败，你确实可以直接调用一个异步 API，然后扭头就走；但是我要知道结果怎么办比如读出来的数据之类的；方法是要时间才能拿到结果的，我异步是不可能等的，不等又没有结果，有没有一种办法可以等方法的做完了之后拿结果这样我不用等呢？这时候就需要回调函数了；回调函数就是把一个方法A作为参数给另外一个方法B在B的内部执行别的代码之后再执行，这就完全符合异步要结果的逻辑（等异步操作完才会执行回调函数），等io操作完之后再执行回调函数，在回调函数里对结果进行需要的操作；（这时候不一定是主线程来执行回调函数，所以要操作ui界面要在回调函数里加this.invoke）这时候如果要想知道这个异步执行的进度就只能是把任务分段，比如一个10m的文件读取就分割2次一次读5m读完这5m加个回调函数读剩下的5m；想要更加精细的知道进度就分更加细分5次10次；这样就会产生非常多的回调，这就是创造Task的两个非常重要的原因：一个是结果拿不出来只能在回调函数里操作，还有一个是回调多代码看起来乱，难阅读；using System; using System.IO; class Program { static void Main() { FileStream fs = new FileStream("test.txt", FileMode.OpenOrCreate); byte[] buffer = new byte[1024]; Console.WriteLine("开始异步读取文件"); // ================================ // 🔥 最底层原生异步 API // MyAsyncCallback就是 回调函数 // ================================ fs.BeginRead(buffer, 0, buffer.Length,MyAsyncCallback, fs ); // 🔥 立刻返回！不阻塞！不等读取完成！ Console.WriteLine("主线程继续跑，没被卡住"); Console.ReadLine(); } // 🔥 底层读完后，自动调用这个回调 static void MyAsyncCallback(IAsyncResult ar) { FileStream fs = (FileStream)ar.AsyncState; int len = fs.EndRead(ar); // 结束异步 fs.Close(); Console.WriteLine($"异步读取完成，长度：{len}"); } }但是如果我要的异步操作不是io类型的呢比如是一个长时间的计算这种实打实的要一直占这cpu的操作呢；这时候也简单就是开个其他的线程就好了；这种情况依旧有那两个问题；using System; using System.Threading; class Program { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("=== 主线程开始 ==="); // 调用异步方法，把【回调函数】传进去 StartDownloadAsync(MyCallback); // 🔥 重点：这里会立刻执行！不会等下载！ Console.WriteLine("✅ 方法已返回！主线程继续跑！没被卡住！"); Console.WriteLine("主线程自由干活中..."); Console.ReadLine(); } // ========================================= // 最原始的“异步方法”： // 自己开线程，不依赖任何 Task/async // ========================================= static void StartDownloadAsync(Action callback) { Console.WriteLine("→ 启动下载（开新线程）"); // 🔥 核心：自己新开一个线程！ Thread t = new Thread(() = { // 这里在新线程里跑，不影响主线程 Thread.Sleep(2000); // 模拟下载2秒 Console.WriteLine("✅ 下载真正完成！"); // 做完了 → 调用回调 callback?.Invoke(); }); t.Start(); // 启动线程 // 🔥 关键：线程启动后，方法立刻返回！不等下载！ } // ========================================= // 回调函数：事情做完才会执行 // ========================================= static void MyCallback() { Console.WriteLine("▶ 回调执行：处理下载结果"); } }二、Task为了解决返回值只能在回调函数里操作和回调函数多的问题在.NET Framework 4.0 引入了Task；（在直接从最开始的回调函数时代到Task之前还有EAP（基于事件的异步）这里就不讲了）；在看下面之前最好先看多线程的那一章教程，因为下面只讲原理具体的Task有什么方法、属性、方法怎么用这些不会讲；2.1 Task是什么在上一章多线程的时候讲了Task的多线程的用法；现在才是Task真正的用法以及Task是什么Task = 任务一个 “将要执行 / 正在执行 / 已经完成” 的工作任务。可以这么理解 Task：Task 就是一张 “任务单”里面记录了：要做什么事记录：做完了没有记录：结果是什么记录：有没有报错还能写：做完后接着做什么（回调）它就是对一个操作的包装。最简单比喻你= 主线程（UI 线程）Task=任务（比如：下载文件、读取数据）线程= 干活的工人干一些cpu密集的任务比如复杂的计算硬件=也是干活的工人干一些io密集的任务比如读写文件，串口...你（主线程）下达一个Task（任务）系统就找个工人（线程）去做你不用等，继续干自己的事下面的看就好了第三大章才是重点；2.2（非重点）Task和早期的回调函数的关系（ContinueWith、whenAny、whenAll和waitany、waitall用法）从底层来看Task就是对最早期的回调函数异步的包装；回调函数既然不能返回那就把回调函数的值交给Task，这样返回这个Task就可以知道结果了；并且可以连着异步方法执行的状态到了哪一步有没有做完，有没有报错以及错误的什么都传给Task；连接Task和旧的回调方法靠的是TaskCompletionSource这个类；下面的例子就是怎么把旧的回调的报错结果包装成Task的底层逻辑；// 这就是“包装”的完整过程 Taskbyte[] ReadFileAsTask(string path) { var tcs = new TaskCompletionSourcebyte[](); // 1. 创建空容器 var fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, 4096, true); var buffer = new byte[fs.Length]; fs.BeginRead(buffer, 0, buffer.Length, ar = // 2. 旧式回调异步 { try { fs.EndRead(ar); // 3. 从回调拿结果 tcs.SetResult(buffer); // 4. ⭐ 把结果塞进 Task } catch (Exception ex) { tcs.SetException(ex); // 5. 异常也塞进去 } }, null); return tcs.Task; // 6. 返回装好结果的容器 }下面的例子不完整只是用来介绍通过slowTask.Status这个属性来获取Task的状态，slowTask.IsCompleted这个属性来判断任务完成了，slowTask.Result属性来获取结果；状态 (Property)类型含义 (Meaning)什么时候会变成trueIsCompletedbool任务是否已完成任务成功、失败、或被取消时（到达三个最终状态之一）。IsFaultedbool任务是否因异常而失败任务内部的操作抛出了未处理的异常时。IsCanceledbool任务是否已被取消任务通过CancellationToken被成功取消时。CancellationToken是什么