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C# 系统学习(异步编程)

在C#中,异步编程是一种优化程序性能的关键技术,特别是在处理I/O密集型操作(如网络请求、数据库查询、文件读写等)时,能够有效避免由于长时间等待而导致的线程阻塞,从而提高应用的响应速度和资源利用率。async 和 await 是C# 5.0及更高版本引入的关键字,它们极大地简化了异步编程模型。

async关键字

  • 当你在方法声明前面加上 async 关键字时,标识该方法是一个异步方法。异步方法通常会返回 Task 或 Task<T> 类型,表明该方法包含一个异步操作,并且可能不会立即返回结果。
public async Task<string> FetchDataAsync()
{// ...
}

await关键字

  • 在异步方法内部,你可以使用 await 关键字来等待异步操作的完成。当遇到 await 表达式时,控制权将暂时交回给调用方,而不会阻塞当前线程。一旦异步操作完成,控制权将重新回到 await 后面的语句继续执行。
public async Task ProcessDataAsync()
{string data = await FetchDataAsync();// 这一行将在FetchDataAsync完成后执行Console.WriteLine(data);
}

Task和Task<T>

  • System.Threading.Tasks.Task 和 System.Threading.Tasks.Task<T> 是C#异步编程中用于表示异步操作结果的类型。
    • Task 代表不返回具体值的异步操作。
    • Task<T> 代表完成后会有一个特定类型T结果的异步操作。

例如,假设我们有一个方法用于从Web API获取数据:

using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;public class DataFetcher
{private readonly HttpClient _httpClient;public DataFetcher(){_httpClient = new HttpClient();}public async Task<string> GetJsonDataFromApiAsync(string apiUrl){using (HttpResponseMessage response = await _httpClient.GetAsync(apiUrl)){response.EnsureSuccessStatusCode();string json = await response.Content.ReadAsStringAsync();return json;}}
}// 使用示例
public async void GetDataAndProcess()
{var fetcher = new DataFetcher();// 调用异步方法获取数据string jsonData = await fetcher.GetJsonDataFromApiAsync("https://api.example.com/data");// 数据获取完毕后,进一步处理ProcessJsonData(jsonData);
}

在这个例子中:

  1. GetJsonDataFromApiAsync 方法被标记为异步方法,因为它执行HTTP GET请求,这是一个典型的I/O操作,适合异步处理。
  2. 方法内部,await _httpClient.GetAsync(apiUrl) 遇到第一个异步操作,此时控制权返回给调用栈,主线程可以继续执行其他任务。
  3. 当HTTP响应可用时,.ReadAsStringAsync() 方法也被异步等待,最后返回JSON字符串。
  4. 在主程序中,通过 await fetcher.GetJsonDataFromApiAsync(...) 我们等待数据加载完成,并在完成后处理数据。

通过这种方式,即使在网络请求或其他外部资源访问过程中可能会耗时较长,应用程序仍然能够保持响应性和流畅性,因为CPU时间片并未被长时间占用的等待所浪费。这就是异步编程在提升应用程序性能方面的关键作用。

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