引言
C#5.0中async和await两个关键字，这两个关键字简化了异步编程，之所以简化了，还是因为编译器给我们做了更多的工作，下面就具体看看编译器到底在背后帮我们做了哪些复杂的工作的。
同步代码存在的问题
对于同步的代码，大家肯定都不陌生，因为我们平常写的代码大部分都是同步的，然而同步代码却存在一个很严重的问题，例如我们向一个Web服务器发出一个请求时，如果我们发出请求的代码是同步实现的话，这时候我们的应用程序就会处于等待状态，直到收回一个响应信息为止，然而在这个等待的状态，对于用户不能操作任何的UI界面以及也没有任何的消息，如果我们试图去操作界面时，此时我们就会看到”应用程序为响应”的信息(在应用程序的窗口旁)，相信大家在平常使用桌面软件或者访问web的时候，肯定都遇到过这样类似的情况的，对于这个，大家肯定会觉得看上去非常不舒服。引起这个原因正是因为代码的实现是同步实现的，所以在没有得到一个响应消息之前，界面就成了一个”卡死”状态了，所以这对于用户来说肯定是不可接受的，因为如果我要从服务器上下载一个很大的文件时，此时我们甚至不能对窗体进行关闭的操作的。为了具体说明同步代码存在的问题(造成界面开始)，下面通过一个程序让大家更形象地看下问题所在：
// 单击事件
private void btnClick_Click(object sender, EventArgs e)
{
this.btnClick.Enabled = false;
long length = AccessWeb();
this.btnClick.Enabled = true;
// 这里可以做一些不依赖回复的操作
OtherWork();
this.richTextBox1.Text += String.Format("\n 回复的字节长度为: {0}.\r\n", length);
txbMainThreadID.Text = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString();
}
private long AccessWeb()
{
MemoryStream content = new MemoryStream();
// 对MSDN发起一个Web请求
HttpWebRequest webRequest = WebRequest.Create("http://msdn.microsoft.com/zh-cn/") as HttpWebRequest;
if (webRequest != null)
{
// 返回回复结果
using (WebResponse response = webRequest.GetResponse())
{
using (Stream responseStream = response.GetResponseStream())
{
responseStream.CopyTo(content);
}
}
}
txbAsynMethodID.Text = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString();
return content.Length;
}
</div>
运行程序后，当我们点击窗体的 “点击我”按钮之后，在得到服务器响应之前，我们不能对窗体进行任何的操作，包括移动窗体，关闭窗体等，具体运行结果如下：
传统的异步编程来改善程序的响应
上面部分我们已经看到同步方法所带来的实际问题了，为了解决类似的问题，.NET Framework很早就提供了对异步编程的支持，下面就用.NET 1.0中提出的异步编程模型(APM)来解决上面的问题，具体代码如下(注释的部分通过获得GUI线程的同步上文对象，然后同步调用同步上下文对象的post方法把要调用的方法交给GUI线程去处理，因为控件本来就是由GUI线程创建的，然后由它自己执行访问控件的操作就不存在跨线程的问题了，程序中使用的是调用RichTextBox控件的Invoke方式来异步回调访问控件的方法，其实背后的原来和注释部分是一样的，调用RichTextBox控件的Invoke方法可以获得创建RichTextBox控件的线程信息(也就是前一种方式的同步上下文)，然后让Invoke回调的方法在该线程上运行):
private void btnClick_Click(object sender, EventArgs e)
{
this.richTextBox1.Clear();
btnClick.Enabled = false;
AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(TestMethod);
IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(GetResult, null);
//// 捕捉调用线程的同步上下文派生对象
//sc= SynchronizationContext.Current;
}
# region 使用APM实现异步编程
// 同步方法
private string TestMethod()
{
// 模拟做一些耗时的操作
// 实际项目中可能是读取一个大文件或者从远程服务器中获取数据等。
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Thread.Sleep(200);
}
return "点击我按钮事件完成";
}
// 回调方法
private void GetResult(IAsyncResult result)
{
AsyncMethodCaller caller = (AsyncMethodCaller)((AsyncResult)result).AsyncDelegate;
// 调用EndInvoke去等待异步调用完成并且获得返回值
// 如果异步调用尚未完成，则 EndInvoke 会一直阻止调用线程，直到异步调用完成
string resultvalue = caller.EndInvoke(result);
//sc.Post(ShowState,resultvalue);
richTextBox1.Invoke(showStateCallback, resultvalue);
}
// 显示结果到richTextBox
private void ShowState(object result)
{
richTextBox1.Text = result.ToString();
btnClick.Enabled = true;
}
// 显示结果到richTextBox
//private void ShowState(string result)
//{
// richTextBox1.Text = result;
// btnClick.Enabled = true;
//}
#endregion
</div>
运行的结果为：
C# 5.0 提供的async和await使异步编程更简单
上面部分演示了使用传统的异步编程模型(APM)来解决同步代码所存在的问题，然而在.NET 2.0，.NET 4.0和.NET 4.5中，微软都有推出新的方式来解决同步代码的问题，他们分别为基于事件的异步模式，基于任务的异步模式和提供async和await关键字来对异步编程支持。关于前两种异步编程模式，在我前面的文章中都有介绍，大家可以查看相关文章进行详细地了解，本部分就C# 5.0中的async和await这两个关键字如何实现异步编程的问题来给大家介绍下。下面通过代码来了解下如何使用async和await关键字来实现异步编程，并且大家也可以参看前面的博客来对比理解使用async和await是异步编程更简单。
private async void btnClick_Click(object sender, EventArgs e)
{
long length = await AccessWebAsync();
// 这里可以做一些不依赖回复的操作
OtherWork();
this.richTextBox1.Text += String.Format("\n 回复的字节长度为: {0}.\r\n", length);
txbMainThreadID.Text = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString();
}
// 使用C# 5.0中提供的async 和await关键字来定义异步方法
// 从代码中可以看出C#5.0 中定义异步方法就像定义同步方法一样简单。
// 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.
// 此时不知道大家有没有一个疑问的？在现有线程上(即UI线程上)运行一个耗时的操作时，
// 为什么不会堵塞UI线程的呢？
// 这个问题的答案就是 当编译器看到await关键字时，线程会
private async Task<long> AccessWebAsync()
{
MemoryStream content = new MemoryStream();
// 对MSDN发起一个Web请求
HttpWebRequest webRequest = WebRequest.Create("http://msdn.microsoft.com/zh-cn/") as HttpWebRequest;
if (webRequest != null)
{
// 返回回复结果
using (WebResponse response = await webRequest.GetResponseAsync())
{
using (Stream responseStream = response.GetResponseStream())
{
await responseStream.CopyToAsync(content);
}
}
}
txbAsynMethodID.Text = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() ;
return content.Length;
}
private void OtherWork()
{
this.richTextBox1.Text += "\r\n等待服务器回复中.................\n";
}
</div>
运行结果如下：
async和await关键字剖析
我们对比下上面使用async和await关键字来实现异步编程的代码和在第二部分的同步代码，有没有发现使用async和await关键字的异步实现和同步代码的实现很像,只是异步实现中多了async和await关键字和调用的方法都多了async后缀而已。正是因为他们的实现很像，所以我在第四部分才命名为使用async和await使异步编程更简单，就像我们在写同步代码一样，并且代码的coding思路也是和同步代码一样，这样就避免考虑在APM中委托的回调等复杂的问题，以及在EAP中考虑各种事件的定义。
从代码部分我们可以看出async和await的使用确实很简单，我们就如在写同步代码一般，但是我很想知道编译器到底给我们做了怎样的处理的？并且从运行结果可以发现，运行异步方法的线程和GUI线程的ID是一样的，也就是说异步