C#中異步與多線程的作用有哪些

C#中異步與多線程的作用有哪些？針對這個問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

UI線程

還有一件重要的事情需要知道的是為什么使用這些工具是好的。在.net中，有一個主線程叫做UI線程，它負(fù)責(zé)更新屏幕的所有可視部分。默認(rèn)情況下，這是一切運(yùn)行的地方。當(dāng)你點(diǎn)擊一個按鈕，你想看到按鈕被短暫地按下，然后返回，這是UI線程的責(zé)任。你的應(yīng)用中只有一個UI線程，這意味著如果你的UI線程忙著做繁重的計算或等待網(wǎng)絡(luò)請求之類的事情，那么它不能更新你在屏幕上看到的東西，直到它完成。結(jié)果是，你的應(yīng)用程序看起來像“凍結(jié)”——你可以點(diǎn)擊一個按鈕，但似乎什么都不會發(fā)生，因?yàn)閁I線程正在忙著做其他事情。

理想情況下，你希望UI線程盡可能地空閑，這樣你的應(yīng)用程序似乎總是在響應(yīng)用戶的操作。這就是異步和多線程的由來。通過使用這些工具，可以確保在其他地方完成繁重的工作，UI線程保持良好和響應(yīng)性。

現(xiàn)在讓我們看看如何在c#中使用這些工具。

C#的異步操作

執(zhí)行異步操作的代碼非常簡單。你應(yīng)該知道兩個主要的關(guān)鍵字:“async”和“await”，所以人們通常將其稱為async/await。假設(shè)你現(xiàn)在有這樣的代碼:

public void Loopy()
{
  var hugeFiles = new string[] {
   "Gr8Gonzos_Home_Movie_In_8k_Res.mkv", // 1 GB
   "War_And_Peace_In_150_Languages.rtf", // 1.2 GB
   "Cats_On_Catnip.mpg"         // 0.9 GB
  };

  foreach (var hugeFile in hugeFiles)
  {
    ReadAHugeFile(hugeFile);
  }
  
  MessageBox.Show("All done!");
}


public byte[] ReadAHugeFile(string bigFile)
{
  var fileSize = new FileInfo(bigFile).Length; // Get the file size
  var allData = new byte[fileSize];      // Allocate a byte array as large as our file
  using (var fs = new System.IO.FileStream(bigFile, FileMode.Open))
  {
    fs.Read(allData, 0, (int)fileSize);   // Read the entire file...
  }
  return allData;               // ...and return those bytes!
}

在當(dāng)前的形式中，這些都是同步運(yùn)行的。如果你點(diǎn)擊一個按鈕從UI線程運(yùn)行Loopy(),那么應(yīng)用程序?qū)⑺坪鮾鼋Y(jié),直到所有三大文件閱讀,因?yàn)槊總€“ReadAHugeFile”是要花很長時間在UI線程上運(yùn)行,并將同步閱讀。這可不好!讓我們看看能否將ReadAHugeFile變?yōu)楫惒降倪@樣UI線程就能繼續(xù)處理其他東西。

無論何時，只要有支持異步的命令，微軟通常會給我們同步和異步版本的這些命令。在上面的代碼中，System.IO.FileStream對象同時具有"Read"和"ReadAsync"方法。所以第一步就是將“fs.Read”修改成“fs.ReadAsync”。

public byte[] ReadAHugeFile(string bigFile)
{
  var fileSize = new FileInfo(bigFile).Length; // Get the file size
  var allData = new byte[fileSize];      // Allocate a byte array as large as our file
  using (var fs = new System.IO.FileStream(bigFile, FileMode.Open))
  {
    fs.ReadAsync(allData, 0, (int)fileSize); // Read the entire file asynchronously...
  }
  return allData;               // ...and return those bytes!
}

如果現(xiàn)在運(yùn)行它，它會立即返回，并且“allData”字節(jié)數(shù)組中不會有任何數(shù)據(jù)。為什么?

這是因?yàn)镽eadAsync是開始讀取并返回一個任務(wù)對象，這有點(diǎn)像一個書簽。這是.net的一個“Promise”，一旦異步活動完成(例如從硬盤讀取數(shù)據(jù))，它將返回結(jié)果，任務(wù)對象可以用來訪問結(jié)果。但如果我們對這個任務(wù)不做任何事情，那么系統(tǒng)就會立即繼續(xù)到下一行代碼，也就是我們的"return allData"行，它會返回一個尚未填滿數(shù)據(jù)的數(shù)組。

因此，告訴代碼等待結(jié)果是很有用的(但這樣一來，原始線程可以在此期間繼續(xù)做其他事情)。為了做到這一點(diǎn)，我們使用了一個"awaiter"，它就像在async調(diào)用之前添加單詞"await"一樣簡單:

public byte[] ReadAHugeFile(string bigFile)
{
  var fileSize = new FileInfo(bigFile).Length; // Get the file size
  var allData = new byte[fileSize];      // Allocate a byte array as large as our file
  using (var fs = new System.IO.FileStream(bigFile, FileMode.Open))
  {
    await fs.ReadAsync(allData, 0, (int)fileSize); // Read the entire file asynchronously...
  }
  return allData;               // ...and return those bytes!
}

如果現(xiàn)在運(yùn)行它，它會立即返回，并且“allData”字節(jié)數(shù)組中不會有任何數(shù)據(jù)。為什么?

這是因?yàn)镽eadAsync是開始讀取并返回一個任務(wù)對象，這有點(diǎn)像一個書簽。這是.net的一個“Promise”，一旦異步活動完成(例如從硬盤讀取數(shù)據(jù))，它將返回結(jié)果，任務(wù)對象可以用來訪問結(jié)果。但如果我們對這個任務(wù)不做任何事情，那么系統(tǒng)就會立即繼續(xù)到下一行代碼，也就是我們的"return allData"行，它會返回一個尚未填滿數(shù)據(jù)的數(shù)組。

因此，告訴代碼等待結(jié)果是很有用的(但這樣一來，原始線程可以在此期間繼續(xù)做其他事情)。為了做到這一點(diǎn)，我們使用了一個"awaiter"，它就像在async調(diào)用之前添加單詞"await"一樣簡單:

public byte[] ReadAHugeFile(string bigFile)
{
  var fileSize = new FileInfo(bigFile).Length; // Get the file size
  var allData = new byte[fileSize];      // Allocate a byte array as large as our file
  using (var fs = new System.IO.FileStream(bigFile, FileMode.Open))
  {
    await fs.ReadAsync(allData, 0, (int)fileSize); // Read the entire file asynchronously...
  }
  return allData;               // ...and return those bytes!
}

哦。如果你試過，你會發(fā)現(xiàn)有一個錯誤。這是因?yàn)?net需要知道這個方法是異步的，它最終會返回一個字節(jié)數(shù)組。因此，我們做的第一件事是在返回類型之前添加單詞“async”，然后用Task<…>,是這樣的:

public async Task<byte[]> ReadAHugeFile(string bigFile)
{
  var fileSize = new FileInfo(bigFile).Length; // Get the file size
  var allData = new byte[fileSize];      // Allocate a byte array as large as our file
  using (var fs = new System.IO.FileStream(bigFile, FileMode.Open))
  {
    await fs.ReadAsync(allData, 0, (int)fileSize); // Read the entire file asynchronously...
  }
  return allData;               // ...and return those bytes!
}

好吧!現(xiàn)在我們烹飪!如果我們現(xiàn)在運(yùn)行我們的代碼，它將繼續(xù)在UI線程上運(yùn)行，直到我們到達(dá)ReadAsync方法的await。此時，. net知道這是一個將由硬盤執(zhí)行的活動，因此“await”將一個小書簽放在當(dāng)前位置，然后UI線程返回到它的正常處理(所有的視覺更新等)。

隨后，一旦硬盤驅(qū)動器讀取了所有數(shù)據(jù)，ReadAsync方法將其全部復(fù)制到allData字節(jié)數(shù)組中，任務(wù)現(xiàn)在就完成了，因此系統(tǒng)按門鈴，讓原始線程知道結(jié)果已經(jīng)準(zhǔn)備好了。原始線程說:“太棒了!讓我回到離開的地方!”一有機(jī)會，它就會回到“await fs.ReadSync”，然后繼續(xù)下一步，返回allData數(shù)組，這個數(shù)組現(xiàn)在已經(jīng)填充了我們的數(shù)據(jù)。

如果你在一個接一個地看一個例子，并且使用的是最近的Visual Studio版本，你會注意到這一行:

ReadAHugeFile(hugeFile);

…現(xiàn)在，它用綠色下劃線表示，如果將鼠標(biāo)懸停在它上面，它會說，“因?yàn)檫@個調(diào)用沒有被等待，所以在調(diào)用完成之前，當(dāng)前方法的執(zhí)行將繼續(xù)。”考慮對調(diào)用的結(jié)果應(yīng)用'await'操作符。"

這是Visual Studio讓你知道它承認(rèn)ReadAHugeFile()是一個異步的方法,而不是返回一個結(jié)果,這也是返回任務(wù),所以如果你想等待結(jié)果,然后你就可以添加一個“await”:

await ReadAHugeFile(hugeFile);

…但如果我們這樣做了，那么你還必須更新方法簽名:

public async void Loopy()

注意，如果我們在一個不返回任何東西的方法上(void返回類型)，那么我們不需要將返回類型包裝在Task<…>中。

但是，我們不要這樣做。相反，讓我們來了解一下我們可以用異步做些什么。

如果你不想等待ReadAHugeFile(hugeFile)的結(jié)果，因?yàn)槟憧赡懿魂P(guān)心最終的結(jié)果，但你不喜歡綠色下劃線/警告，你可以使用一個特殊的技巧來告訴.net。只需將結(jié)果賦給_字符，就像這樣:

_ = ReadAHugeFile(hugeFile);

這就是.net的語法，表示“我不在乎結(jié)果，但我不希望用它的警告來打擾我?！?/p>

好吧，我們試試別的。如果我們在這一行上使用了await，那么它將等待第一個文件被異步讀取，然后等待第二個文件被異步讀取，最后等待第三個文件被異步讀取。但是…如果我們想要同時異步地讀取所有3個文件，然后在所有3個文件都完成之后，我們允許代碼繼續(xù)到下一行，該怎么辦?

有一個叫做Task.WhenAll()的方法，它本身是一個你可以await的異步方法。傳入其他任務(wù)對象的列表，然后等待它，一旦所有任務(wù)都完成，它就會完成。所以最簡單的方法就是創(chuàng)建一個List<Task>對象:

List<Task> readingTasks = new List<Task>();

…然后，當(dāng)我們將每個ReadAHugeFile()調(diào)用中的Task添加到列表中時:

foreach (var hugeFile in hugeFiles) {  
   readingTasks.Add(ReadAHugeFile(hugeFile));
}

…最后我們 await Task.WhenAll():

await Task.WhenAll(readingTasks);

最終的方法是這樣的：

public async void Loopy()
{
  var hugeFiles = new string[] {
   "Gr8Gonzos_Home_Movie_In_8k_Res.mkv", // 1 GB
   "War_And_Peace_In_150_Languages.rtf", // 1.2 GB
   "Cats_On_Catnip.mpg"         // 0.9 GB
  };


  List<Task> readingTasks = new List<Task>();
  foreach (var hugeFile in hugeFiles)
  {
    readingTasks.Add(ReadAHugeFile(hugeFile));
  }
  await Task.WhenAll(readingTasks);


  MessageBox.Show(sb.ToString());
}

當(dāng)涉及到并行活動時，一些I/O機(jī)制比其他機(jī)制工作得更好(例如，網(wǎng)絡(luò)請求通常比硬盤讀取工作得更好，但這取決于硬件)，但原理是相同的。

現(xiàn)在，“await”操作符還要做的最后一件事是提取最終結(jié)果。所以在上面的例子中，ReadAHugeFile返回一個任務(wù)<byte[]>。await的神奇功能會在完成后自動拋出Task<>包裝器，并返回byte[]數(shù)組，所以如果你想訪問Loopy()中的字節(jié)，你可以這樣做:

byte[] data = await ReadAHugeFile(hugeFile);

再次強(qiáng)調(diào)，await是一個神奇的小命令，它使異步編程變得非常簡單，并為你處理各種各樣的小事情。

現(xiàn)在讓我們轉(zhuǎn)向多線程。

C#中的多線程

微軟有時會給你10種不同的方法來做同樣的事情，這就是它如何使用多線程。你有BackgroundWorker類、Thread和Task(它們有幾個變體)。最終，它們都做著相同的事情，只是有不同的功能?，F(xiàn)在，大多數(shù)人都使用Task，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)置和使用都很簡單，而且如果你想這樣做的話(我們稍后會講到)，它們也可以很好地與異步代碼交互。如果你好奇的話，關(guān)于這些具體區(qū)別有很多文章，但是我們在這里使用任務(wù)。

要讓任何方法在單獨(dú)的線程中運(yùn)行，只需使用Task.Run()方法來執(zhí)行它。例如，假設(shè)你有這樣一個方法:

public void DoRandomCalculations(int howMany)
{
  var rng = new Random();
  for (int i = 0; i < howMany; i++)
  {
    int a = rng.Next(1, 1000);
    int b = rng.Next(1, 1000);
    int sum = 0;
    sum = a + b;
  }
}

我們可以像這樣在當(dāng)前線程中調(diào)用它:

DoRandomCalculations(1000000);

或者我們可以讓另一個線程來做這個工作:

Task.Run(() => DoRandomCalculations(1000000));

當(dāng)然，有一些不同的版本，但這是總體思路。

Task. run()的一個優(yōu)點(diǎn)是它返回一個我們可以等待的任務(wù)對象。因此，如果想在一個單獨(dú)的線程中運(yùn)行一堆代碼，然后在進(jìn)入下一步之前等待它完成，你可以使用await，就像你在前面一節(jié)看到的那樣:

var finalData = await Task.Run(() => {});

關(guān)于C#中異步與多線程的作用有哪些問題的解答就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道了解更多相關(guān)知識。