C#实现异步的常用方式总结

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AI摘要

HunYuan-Lite

微信群里的一个提问引发的这个问题，C#异步有多少种实现方式？首先想要知道C#异步有多少中实现方式，首先我们要知道.NET提供的执行异步操作的三种模式，然后再去了解C#异步实现的方式。

.NET异步编程模式

.NET 提供了执行异步操作的三种模式：

基于任务的异步模式 (TAP) ，该模式使用单一方法表示异步操作的开始和完成。TAP 是在 .NET Framework 4 中引入的。这是在 .NET 中进行异步编程的推荐方法。C# 中的 async 和 await 关键词以及 Visual Basic 中的 Async 和 Await 运算符为 TAP 添加了语言支持。有关详细信息，请参阅基于任务的异步模式 (TAP)。
基于事件的异步模式 (EAP)，是提供异步行为的基于事件的旧模型。这种模式需要后缀为 Async 的方法，以及一个或多个事件、事件处理程序委托类型和 EventArg 派生类型。EAP 是在 .NET Framework 2.0 中引入的。建议新开发中不再使用这种模式。有关详细信息，请参阅基于事件的异步模式 (EAP)。
异步编程模型 (APM) 模式（也称为 IAsyncResult 模式），这是使用 IAsyncResult 接口提供异步行为的旧模型。在这种模式下，同步操作需要 Begin 和 End 方法（例如，BeginWrite 和 EndWrite以实现异步写入操作）。不建议新的开发使用此模式。有关详细信息，请参阅异步编程模型 (APM)。

C#异步有四种实现方式

C# 异步有多种实现方式，可归纳为以下几类：

1、异步方法（Async Method TAP模式）

使用async/await关键字实现异步编程，这是比较常用的一种异步实现方式。例如：

public async Task TestDoSomeAsync()    {  
      await Task.Delay(1000);      
        Console.WriteLine("Async method completed.");  
  }

2、任务并行库（TPL, Task Parallel Library TAP模式）

通过 Task 和 Task 类型实现异步编程，可以利用多核处理器，并发执行多个独立的任务。例如：

public static async void Main(string[] args)    {      
  await Task.Run(() =>        {           
   Console.WriteLine("Test Task 1 completed.");  
         });     
            await Task.Run(() =>        {    
                    Console.WriteLine("Test Task 2 completed.");   
                         });       
                          // 等待所有任务完成     
                             Task.WaitAll();  
        }

3、Asynchronous Programming Model（APM模式）

是一种经典的异步编程模式，需要手动创建回调函数，用于处理完成或错误的通知。可以通过 IAsyncResult 设计模式的 Begin 和 End 方法来实现，其中 Begin 方法开始异步操作，而 End 方法在异步操作完成时执行，并返回异步操作的结果。

需要注意的是，APM 模式通过 IAsyncResult 接口来存储异步操作的状态和结果，相对比较复杂，代码量也较大。同时，在使用 APM 模式时，还需要手动处理回调函数和等待异步操作完成等细节工作，使得开发起来相对较为繁琐。

class Program    {     
  static void Main(string[] args)        {     
         // 创建异步操作类实例         
            MyAsyncClass asyncClass = new MyAsyncClass();
            // 开始异步操作      
                  IAsyncResult result = asyncClass.BeginDoWork(null, null);
            // 主线程执行其他操作    
                    // 等待异步操作完成并获取结果  
                             int res = asyncClass.EndDoWork(result);
            // 处理异步操作的结果        
                Console.WriteLine("Result: " + res);
            Console.ReadLine();  
                  } 
                     }
    class MyAsyncClass    {  
          /// <summary>        
          /// 异步执行的方法        
          /// </summary>        
          /// <param name="callback">callback</param>        
          /// <param name="state">state</param>        
          /// <returns></returns>        
          public IAsyncResult BeginDoWork(AsyncCallback callback, object state)        {   
                   // 创建一个新的异步操作对象         
                      MyAsyncResult result = new MyAsyncResult(state);
            // 开始异步操作          
              Thread thread = new Thread(() =>            
              {       
                       try                
                       {           
                    // 执行一些操作   
                                                 int res = 1 + 2;
                    // 设置异步操作的结果     
                                   result.Result = res;
                    // 触发回调函数            
                            callback?.Invoke(result);      
                                      }             
                                         catch (Exception ex)                {  
                                                           // 设置异步操作的异常    
                                                                           result.Error = ex;
                    // 触发回调函数                    
                    callback?.Invoke(result);                
                    }
            });            
            thread.Start();
            // 返回异步操作对象            
            return result;        
            }
        /// <summary>        
        /// 结束异步执行的方法        
        /// </summary>        
        /// <param name="result">result</param>        
        /// <returns></returns>        
        public int EndDoWork(IAsyncResult result)        
        {            
        // 将 IAsyncResult 转换为 MyAsyncResult 类型，并等待异步操作完成            
        MyAsyncResult myResult = (MyAsyncResult)result;            
        myResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();
            // 在异步操作中抛出异常            
            if (myResult.Error != null)            
            {                throw myResult.Error;            }
            // 返回异步操作的结果            
            return myResult.Result;        
            }    
            }
    class MyAsyncResult : IAsyncResult    {        
    public bool IsCompleted => AsyncWaitHandle.WaitOne(0);        
    public WaitHandle AsyncWaitHandle { get; } = new ManualResetEvent(false);        
    public object AsyncState { get; }        
    public bool CompletedSynchronously => false;
        public int Result { get; set; }
        /// <summary>        
        /// 存储异步操作的结果或异常信息        
        /// </summary>        
        public Exception Error { get; set; }
        /// <summary>        
        /// 构造函数        
        /// </summary>        
        /// <param name="asyncState">asyncState</param>        
        public MyAsyncResult(object asyncState)        
        {            
        AsyncState = asyncState;        
        }    
        }

4、Event-based Asynchronous Pattern（EAP模式）

一种已过时的异步编程模式，需要使用事件来实现异步编程。例如：

需要注意的是，EAP 模式通过事件来实现异步编程，相对于 APM 模式更加简洁易懂，同时也避免了手动处理回调函数等细节工作。但是，EAP 模式并不支持 async/await 异步关键字，因此在一些特定的场景下可能不够灵活。

public class MyAsyncClass : Component    
{        
/// <summary>        
/// 声明一个委托类型，用于定义异步操作的方法签名        
/// </summary>        
/// <param name="arg"></param>        
/// <returns></returns>        
public delegate int MyAsyncDelegate(int arg);
        /// <summary>        
        /// 声明一个事件，用于通知异步操作的完成        
        /// </summary>        
        public event MyAsyncDelegate OperationNameCompleted;
        /// <summary>        
        /// 异步执行方法，接受一个参数 arg        
        /// </summary>        
        /// <param name="arg"></param>        
        public void DoWorkAsync(int arg)        
        {            
        // 将异步操作放入线程池中执行            
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(DoWork), arg);        
        }
        /// <summary>        
        /// 真正的异步操作        
        /// </summary>        
        /// <param name="obj"></param>        
        private void DoWork(object obj)        
        {            
        int arg = (int)obj;            
        int res = arg + 1;
            // 触发事件，传递异步操作的结果            
            OperationNameCompleted?.Invoke(res);        
            }    
            }