一文看懂"async"和“await”關鍵詞是如何簡化了C#中多線程的開發過程

當我們使用需要長時間運行的方法（即，用于讀取大文件或從網絡下載大量資源）時，在同步的應用程序中，應用程序本身將停止運行，直到活動完成。在這些情況下，異步編程非常有用：它使我們能夠并行執行不同任務，并在需要時等待其完成。

這種方法有許多不同的模型類型：APM（異步編程模型），基于事件（異步模型EAP），以及TAP，基于任務的（異步模型任務）。讓我們看看如何使用關鍵字async和await在C＃中實現第三個方法。

編寫異步代碼的主要問題之一是可維護性：實際上，許多人普遍認為這種編程方法會使代碼復雜化。幸運的是，C＃5引入了一種簡化的方法，在該方法中，編譯器運行由開發人員先前完成的艱巨任務，并且應用程序保留類似于同步代碼的邏輯結構。

讓我們舉個例子。假設我們有一個.NET Core項目，我們應該在其中管理三個實體：Area，Company和Resource。

public class Area{ public int Id { get; set; }
 [Required] [StringLength(255)] public string Name { get; set; }}
public class Company{ public int Id { get; set; }
 [Required] [StringLength(255)] public string Name { get; set; }}
public class Resource{ public int Id { get; set; }
 [Required] [StringLength(255)] public string Name { get; set; }}

現在假設我們應該使用Entity Framework Core將這些實體的值保存在數據庫中。其DbContext是：

public class AppDbContext : DbContext{ public DbSet<Area> Areas { get; set; } public DbSet<Company> Companies { get; set; } public DbSet<Resource> Resources { get; set; } public AppDbContext(DbContextOptions<AppDbContext> options) : base(options) {}
 override protected void OnModelCreating(ModelBuilder modelBuilder) { modelBuilder.Entity<Area> .HasData( new Area { Id = 1, Name = "Area1"}, new Area { Id = 2, Name = "Area2"}, new Area { Id = 3, Name = "Area3"}, new Area { Id = 4, Name = "Area4"}, new Area { Id = 5, Name = "Area5"}); modelBuilder.Entity<Company> .HasData( new Area { Id = 1, Name = "Company1"}, new Area { Id = 2, Name = "Company2"}, new Area { Id = 3, Name = "Company3"}, new Area { Id = 4, Name = "Company4"}, new Area { Id = 5, Name = "Company5"}); modelBuilder.Entity<Resource>.HasData( new Area { Id = 1, Name = "Resource1"}, new Area { Id = 2, Name = "Resource2"}, new Area { Id = 3, Name = "Resource3"}, new Area { Id = 4, Name = "Resource4"}, new Area { Id = 5, Name = "Resource5"}); }}

從代碼中可以看到，我們插入了一些示例數據進行處理。現在假設我們要使用Controller API公開這些數據，既單獨（針對每個實體），又使用將它們全部聯接在一起的方法，并通過一次調用返回它們。

使用同步方法，Controller API 將是：

[ApiController][Route("[controller]")]public class DataController : ControllerBase{ private readonly AppDbContext db = ;
 public DataController(AppDbContext db) { this.db = db; }
 public IActionResult Get { var areas = this.GetAreas; var companies = this.GetCompanies; var resources = this.GetResources; return Ok(new { areas = areas, companies = companies, resources = resources }); }
 [Route("areas")] public Area GetAreas  { return this.db.Areas.ToArray; }
 [Route("companies")] public Company GetCompanies  { return this.db.Companies.ToArray; }
 [Route("resources")] public Resource GetResources  { return this.db.Resources.ToArray; }}

Get方法在其中調用返回單個結果的三個方法，并等待每個方法的執行完成后再傳遞到下一個結果。這三種方法互不相關，因此您無需等待其中一種方法的執行即可調用另一種方法。然后，您可以創建三個獨立的任務以并行執行。

第一種方法可以基于該方法Task.Run作業運行在線程池之上，并返回一個任務對象，它代表了這項工作。這樣，方法可以在線程池的不同線程上同時運行：

public IActionResult Get{ var areas = Task.Run( = > this.GetAreas); var companies = Task.Run( = > this.GetCompanies); var resources = Task.Run( = > this.GetResources);  Task.WhenAll(areas, companies, resources); return Ok(new { areas = areas.Result, companies = companies.Result, resources = resources.Result });}

Task的Result屬性包含詳細說明的結果。方法WhenAll允許暫停當前線程執行，直到所有Task完成。運行代碼，我們可以注意到一個有趣的事情：調用中斷，并啟動以下異常：

AggregateException：發生一個或多個錯誤。（在上一個操作完成之前，第二個操作在此上下文上開始。這通常是由使用相同DbContext實例的不同線程引起的。有關如何避免DbContext線程問題的更多信息，請參見
https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=2097913。^[1]）

此錯誤消息告訴我們，方法在不同的線程上同時執行，但是由于它們使用與DbContext相同的實例來連接數據庫，因此引發了異常，DbContext類無法確保線程安全的功能：我們可以輕松地繞過此問題，避免了.NET Core 的依賴注入引擎創建單個實例，而我們為每種方法創建了單獨的實例。作為示例，讓我們看看方法GetAreas會如何變化：

public class DataController : ControllerBase{ private readonly DbContextOptionsBuilder <AppDbContext> optionsBuilder = ;
 public DataController(IConfiguration configuration) { this.optionsBuilder = new DbContextOptionsBuilder <AppDbContext>  .UseSqlite(configuration.GetConnectionString("DefaultConnection")); }
 [Route("areas")] public Area GetAreas  { using(var db = new AppDbContext(this.optionsBuilder.Options)) { return db.Areas.ToArray; } }}

好吧，現在可以了。我們應該注意，EFCore提供了一些方法，例如，與方法ToArrayAsync一樣，使用相同的DbContext進行異步調用，該方法從IQueryable 創建一個數組，該數組異步枚舉它。此方法返回Task ，它是表示異步操作的活動。

這樣，我們不再需要使用Task.Run：

public IActionResult Get{ var areas = this.GetAreas; var companies = this.GetCompanies; var resources = this.GetResources; Task.WhenAll(areas, companies, resources); return Ok(new { areas = areas.Result, companies = companies.Result, resources = resources.Result });}
[Route("areas")]public Task<Area> GetAreas { return db.Areas.ToArrayAsync;}

無論如何，Microsoft不能保證這些異步方法在每種情況下都能工作，因為DbContext尚未設計為線程安全的。您可以查詢此鏈接以獲取更多信息：https :
//docs.microsoft.com/zh-cn/ef/core/querying/async

使用Entity Framework Core時，最佳實踐是在啟動另一個異步操作之前，為每個異步操作都擁有一個DbContext或等待每個異步操作完成。當我們必須進行異步調用并返回結果時，這種最佳做法是可以的。

但是，如果我們想在返回結果之前對結果進行一些操作，會發生什么？如果我們想向列表中添加元素怎么辦？我們應該等待結果，添加元素，然后返回修改后的列表：

[Route("companies")]public Task<Company> GetCompanies { using (var db = new AppDbContext(this.optionsBuilder.Options)) { var data = this.db.Companies.ToListAsync.Result; data.Insert(0, new Company { Id = 0, Name = "-"}); return data.ToArray; }}

不幸的是，該代碼無法編譯，因為data.ToArray返回的是數組而不是Task。實際上，這里我們需要三個線程：主調用方（Get），數據庫查詢（
this.db.Companies.ToListAsync）和一個線程，該線程將一個值添加到列表中。我們有三種方法可以做到這一點：讓我們用三種單一方法來查看它們。我們已經看到的第一個，可以使用Task.Run方法：

[Route("companies")]public Task<Company> GetCompanies{ return Task.Run( => { using (var db = new AppDbContext(this.optionsBuilder.Options)) { var data = db.Companies.ToList; data.Insert(0, new Company { Id = 0, Name = "-" }); return data.ToArray; } });}

作為替代方案，我們可以使用方法ContinueWith，該方法可以應用于任務，并且可以在上一個方法完成后立即指定要運行的新任務：

[Route("resources")]public Task <Resource> GetResources{ using (var db = new AppDbContext(this.optionsBuilder.Options)) { return db.Resources.ToListAsync .ContinueWith(dataTask = > { var data = dataTask.Result; dataTask.Result.Insert(0, new Resource { Id = 0, Name = "-" }); return data.ToArray; }); }}

我們可以讓編譯器執行“垃圾代碼”，并使用關鍵字async和await，這可以為我們創建Task：

[Route("areas")]public async Task <Area> GetAreas{ using (var db = new AppDbContext(this.optionsBuilder.Options)) { var data = await db.Areas.ToListAsync; data.Insert(0, new Area { Id = 0, Name = "-" }); return data.ToArray; }}

正如您在最后一種方法中看到的那樣，代碼更加簡單，并且向我們隱藏了Task的創建，從而使我們可以異步返回。讓我們想象一下一個場景，其中調用不止一個，并且這種方法如何使一切變得更加線性。

重構的作用是方法GetAreas已成為異步操作。這個事實意味著，當不同的請求到達此API時，分配給該請求的線程池的線程將被釋放以供其他請求使用，直到DbContext終止數據提取為止。

我希望我能引起您足夠的興趣來深入分析該論點。在許多情況下，使用async和await非常方便，并且除了使代碼更加簡潔和線性外，還可以提高一般應用程序的性能。

示例代碼見：

https：//github.com/fvastarella/Programmazione-asincrona-con-async-await