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C#异步编程之async与await

news 来源：原创 2025/9/12 16:19:49

一：需求起因

在 C# 中使用异步编程（特别是使用 async 和 await 关键字）通常是为了提高应用程序的响应性和性能，特别是在需要进行 I/O 操作或执行长时间运行的任务时。

常见应用场景如下：

1. 网络请求

HTTP 请求：当应用程序需要从 Web API 获取数据时，异步请求可以避免阻塞主线程，确保用户界面在等待响应时仍然可用。使用 HttpClient 进行异步请求是一个常见的场景。
```
public async Task<string> GetDataAsync(string url)
{using (HttpClient client = new HttpClient()){return await client.GetStringAsync(url);}
}
```

2. 文件 I/O 操作

读取或写入文件：在处理大文件时，使用异步方法可以防止主线程被阻塞，从而保持应用程序的响应性。

public async Task<string> ReadFileAsync(string path)
{using (StreamReader reader = new StreamReader(path)){return await reader.ReadToEndAsync();}
}

3. 数据库操作

数据库查询：在进行数据库查询时，尤其是涉及大量数据的查询，异步执行可以提高性能并减少对主线程的影响。例如，使用 Entity Framework 的异步方法。

public async Task<List<MyEntity>> GetEntitiesAsync()
{using (var context = new MyDbContext()){return await context.MyEntities.ToListAsync();}
}

4. 长时间运行的计算

CPU 密集型任务：虽然 I/O 密集型操作最适合异步，但在某些情况下，长时间运行的计算也可以使用异步。在这种情况下，通常会结合 Task.Run 来在后台线程上执行计算任务，以避免对 UI 线程的阻塞。

public async Task<int> ComputeAsync()
{return await Task.Run(() => {// 进行复杂计算return 42; // 示例返回值});
}

5. 用户界面应用程序

保持 UI 响应：在 WPF、WinForms 或其他 UI 应用程序中，异步操作可以防止应用程序在执行长时间任务时“冻结”。这对提升用户体验非常重要，用户可以继续与界面交互。

6. 并发操作

同时处理多个任务：使用异步编程可以轻松实现并发操作。例如，可以同时启动多个异步 I/O 操作并等待它们全部完成。

public async Task ProcessMultipleRequestsAsync(List<string> urls)
{var tasks = urls.Select(url => GetDataAsync(url));var results = await Task.WhenAll(tasks);// 处理返回的结果
}

二：机制与原理

async：这个关键字用于标记一个方法，表明这个方法里面会有异步操作。它告诉编译器，“这个方法可以在等待某些事情（比如网络请求、文件读写）完成时，不要阻塞整个程序。”
await：这个关键字用于等待一个异步操作完成。它会暂停当前方法的执行，但不会阻塞线程。也就是说，程序可以继续做其他事情，等到等待的事情完成后再回来继续执行剩下的代码。

方法变成状态机：

当你在方法前面加上 async 时，编译器会把这个方法转换成一种“状态机”。这意味着，方法的执行会被分成几个部分（状态），如下：

开始执行：方法开始，执行到 await。
等待状态：当执行到 await 时，方法会暂停，控制权会回到调用者（线程控制权会回到async对应方法之后的位置继续执行，在await的位置留下了一个跳转节点和跳转触发标志）。此时，程序可以去做其他事情。
继续执行：一旦异步操作完成，状态机会“恢复”执行，继续从 await 后的代码开始（await后面方法满足条件后操作完成后，跳转回来继续执行await后面的几行程序）。

任务的使用

任务 (Task)：await 通常后面跟的是一个 Task 对象。这个对象表示一个正在进行的操作（比如下载、读取文件等），并且可以在将来某个时候完成。
调度：当 await 后面的操作完成时，程序会再次回到这个异步方法，继续执行后面的代码。

在 C# 中，async 和 await 是用于处理异步操作的关键字。它们使得程序可以在等待某些操作（如网络请求）完成时继续执行其他操作，从而提高应用的响应性。通过将方法转换为状态机，编译器能够在适当的时候恢复执行，并通过 Task 管理这些异步操作。这种方式让异步编程变得更加直观和易于使用。

三：注意事项

如果要使用async 异步方法（A）返回的结果（data：如网络读取的数据，或者io读取的文件）的时候，应该使得调用async 异步方法（A）的方法也是async 关键字修饰的异步方法（B），然后在调用（A）的地方一定要使用 await，这样程序会在下载完成之后再继续执行，确保你可以获得正确的 data；即需要使用异步方法返回的结果的时候一定要放在同样是async修饰的方法中 await之后，以确保异步执行完获取到数据之后才执行数据处理。