异步编程
同步与异步
同步代码按顺序逐行执行，遇到耗时操作会阻塞当前线程，导致程序无法响应。异步代码在等待耗时操作时释放线程，让程序继续执行其他工作。
同步阻塞的问题：
- UI 线程被占用，界面卡死无响应
- 服务器线程被浪费在等待 I/O 上，吞吐量下降
- 用户等待时间变长，体验差
异步的优势：
- I/O 密集型操作（网络、文件、数据库）不阻塞线程
- CPU 密集型操作可卸载到线程池，保持 UI 响应
- 提高应用程序的并发能力和吞吐量
示例
CSHARP
using System;
using System.Threading;
Console.WriteLine("同步开始: " + DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss"));
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("同步结束: " + DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss"));
TEXT
同步开始: 10:00:00
同步结束: 10:00:02
Task 与 Task<T>
Task 表示一个异步操作，不返回结果。Task<T> 表示一个返回 T 类型结果的异步操作。它们是 C# 异步编程的核心类型。
| 类型 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|
Task |
无返回值的异步操作 | Task.Delay(1000) |
Task<T> |
有返回值的异步操作 | Task.FromResult(42) |
示例
CSHARP
using System;
using System.Threading.Tasks;
Task noResultTask = Task.Delay(500);
Task<int> resultTask = Task.FromResult(42);
await noResultTask;
int value = await resultTask;
Console.WriteLine("获取的值: " + value);
TEXT
获取的值: 42
async/await 语法
async 修饰符标记方法为异步方法，await 运算符等待异步操作完成而不阻塞线程。await 只能在 async 方法内使用。
语法规则：
async方法返回类型为Task、Task<T>或ValueTask<T>await暂停方法执行，等待 Task 完成，然后继续async方法在第一个await处就开始返回调用者
示例
CSHARP
using System;
using System.Threading.Tasks;
async Task DoWorkAsync()
{
Console.WriteLine("工作开始: " + DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss.fff"));
await Task.Delay(1000);
Console.WriteLine("工作结束: " + DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss.fff"));
}
async Task<string> GetMessageAsync()
{
await Task.Delay(500);
return "异步消息已到达";
}
await DoWorkAsync();
string msg = await GetMessageAsync();
Console.WriteLine(msg);
TEXT
工作开始: 10:00:00.000
工作结束: 10:00:01.000
异步消息已到达
Task.Run
Task.Run 将 CPU 密集型工作卸载到线程池执行，避免阻塞当前线程。适用于计算密集型操作，不适用于 I/O 操作。
示例
CSHARP
using System;
using System.Threading.Tasks;
int ComputeHeavy()
{
int result = 0;
for (int i = 0; i < 100_000_000; i++)
{
result += i;
}
return result;
}
Console.WriteLine("开始计算...");
int total = await Task.Run(() => ComputeHeavy());
Console.WriteLine("计算结果: " + total);
TEXT
开始计算...
计算结果: 4999999950000000
Task.WhenAll / WhenAny / Delay
| 方法 | 说明 |
|---|---|
Task.WhenAll |
等待所有 Task 完成 |
Task.WhenAny |
等待任意一个 Task 完成 |
Task.Delay |
异步等待指定毫秒数，替代 Thread.Sleep |
示例
CSHARP
using System;
using System.Threading.Tasks;
async Task<string> FetchAsync(string site)
{
await Task.Delay(new Random().Next(500, 1500));
return site + " 加载完成";
}
Task<string> t1 = FetchAsync("站点A");
Task<string> t2 = FetchAsync("站点B");
Task<string> t3 = FetchAsync("站点C");
string[] all = await Task.WhenAll(t1, t2, t3);
Console.WriteLine("--- WhenAll 完成 ---");
foreach (string s in all)
{
Console.WriteLine(s);
}
Task<string> first = await Task.WhenAny(t1, t2, t3);
Console.WriteLine("最先完成: " + first.Result);
TEXT
--- WhenAll 完成 ---
站点A 加载完成
站点B 加载完成
站点C 加载完成
最先完成: 站点A 加载完成
异步方法命名规范
异步方法名应以 Async 为后缀，这是 .NET 的约定，方便区分同步与异步方法。
规则：
- 返回
Task或Task<T>的方法加Async后缀 - 如
Read()→ReadAsync()，GetUser()→GetUserAsync() - 事件处理器除外（如
Button_Click）
示例
CSHARP
using System;
using System.Threading.Tasks;
async Task<string> ReadFileAsync(string path)
{
await Task.Delay(200);
return "读取了: " + path;
}
async Task SaveDataAsync(string data)
{
await Task.Delay(100);
Console.WriteLine("已保存: " + data);
}
string content = await ReadFileAsync("/data.txt");
await SaveDataAsync(content);
TEXT
已保存: 读取了: /data.txt
CancellationToken 取消机制
CancellationToken 用于协作式取消异步操作。调用方通过 CancellationTokenSource 发出取消信号，被调用方检查令牌并提前退出。
使用步骤：
- 创建
CancellationTokenSource - 将
cts.Token传入异步方法 - 异步方法中定期检查
token.IsCancellationRequested或传给可取消的 API - 需要取消时调用
cts.Cancel()
示例
CSHARP
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
async Task LongWorkAsync(CancellationToken token)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
token.ThrowIfCancellationRequested();
Console.WriteLine("步骤 " + (i + 1));
await Task.Delay(300, token);
}
Console.WriteLine("全部完成");
}
using var cts = new CancellationTokenSource();
cts.CancelAfter(1200);
try
{
await LongWorkAsync(cts.Token);
}
catch (OperationCanceledException)
{
Console.WriteLine("操作已取消");
}
TEXT
步骤 1
步骤 2
步骤 3
步骤 4
操作已取消
IAsyncEnumerable<T> 异步流
C# 8 引入 IAsyncEnumerable<T>，支持异步生成和消费数据流。使用 await foreach 逐项异步遍历，适用于分批读取数据库、流式网络响应等场景。
示例
CSHARP
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;
async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync()
{
for (int i = 1; i <= 5; i++)
{
await Task.Delay(200);
yield return i;
}
}
await foreach (int num in GenerateNumbersAsync())
{
Console.WriteLine("收到: " + num);
}
TEXT
收到: 1
收到: 2
收到: 3
收到: 4
收到: 5
常见异步陷阱
⚠️ 避免 async void
async void 无法 await、异常无法捕获、会导致应用崩溃。仅在事件处理器中使用。
⚠️ 避免使用 .Result 和 .Wait()
在 UI 或 ASP.NET 上下文中调用 .Result 或 .Wait() 可能导致死锁：异步方法等待调用者释放线程，调用者等待异步方法完成，双方互相等待。
⚠️ ConfigureAwait(false)
库代码中应使用 ConfigureAwait(false) 避免捕获同步上下文，防止死锁并提升性能。
示例
CSHARP
using System;
using System.Threading.Tasks;
async Task<string> BadMethodAsync()
{
await Task.Delay(100);
return "完成";
}
async Task SafeUsageAsync()
{
string result = await BadMethodAsync();
Console.WriteLine("正确用法: " + result);
}
async Task LibraryMethodAsync()
{
string result = await BadMethodAsync().ConfigureAwait(false);
Console.WriteLine("库代码用法: " + result);
}
await SafeUsageAsync();
await LibraryMethodAsync();
TEXT
正确用法: 完成
库代码用法: 完成
❓ 常见问题
Q async void 和 async Task 有什么区别？
A async void 无法 await、异常无法捕获，仅用于事件处理器；async Task 是标准做法，可 await 且异常可处理。
Q 什么时候用 Task.Run？
A 仅用于 CPU 密集型计算工作。I/O 操作应使用原生异步 API（如 ReadAsync），不要用 Task.Run 包装。
Q .Result 会导致什么问题？
A 在 UI/ASP.NET 同步上下文中会死锁，调用线程等待 Task 完成，而 Task 等待同步上下文释放，双方互相阻塞。
Q ConfigureAwait(false) 什么时候用？
A 在类库代码中使用，避免捕获同步上下文，防止死锁并提升性能。UI/ASP.NET 应用层代码通常不需要。
📖 小节
- 同步阻塞线程，异步在等待时释放线程，提升响应和吞吐量
Task表示无返回值异步操作，Task<T>表示有返回值的异步操作async标记异步方法，await等待异步操作而不阻塞Task.Run卸载 CPU 密集型工作到线程池Task.WhenAll等待全部完成，Task.WhenAny等待首个完成Task.Delay是Thread.Sleep的异步替代- 异步方法命名加
Async后缀 CancellationToken实现协作式取消，通过CancellationTokenSource控制IAsyncEnumerable<T>+await foreach实现异步流- 避免
async void、.Result、.Wait()，库代码用ConfigureAwait(false)
📝 作业
- 编写一个异步方法
DownloadAllAsync，使用Task.WhenAll同时下载 3 个模拟数据源，并返回所有结果的数组 - 编写一个支持
CancellationToken的异步倒计时方法，每秒输出剩余秒数，取消时输出"倒计时已取消" - 使用
IAsyncEnumerable<int>生成斐波那契数列前 20 项，用await foreach遍历并输出 - 找出以下代码的问题并修正：
async void Button_Click() { var data = GetDataAsync().Result; Console.WriteLine(data); }
