C# 系统学习（异步编程）

在C#中，异步编程是一种优化程序性能的关键技术，特别是在处理I/O密集型操作（如网络请求、数据库查询、文件读写等）时，能够有效避免由于长时间等待而导致的线程阻塞，从而提高应用的响应速度和资源利用率。async 和 await 是C# 5.0及更高版本引入的关键字，它们极大地简化了异步编程模型。

async关键字

• 当你在方法声明前面加上 async 关键字时，标识该方法是一个异步方法。异步方法通常会返回 Task 或 Task<T> 类型，表明该方法包含一个异步操作，并且可能不会立即返回结果。

public async Task<string> FetchDataAsync()
{
    // ...
}

await关键字

• 在异步方法内部，你可以使用 await 关键字来等待异步操作的完成。当遇到 await 表达式时，控制权将暂时交回给调用方，而不会阻塞当前线程。一旦异步操作完成，控制权将重新回到 await 后面的语句继续执行。

public async Task ProcessDataAsync()
{
    string data = await FetchDataAsync();
    // 这一行将在FetchDataAsync完成后执行
   Console.WriteLine(data);
}

Task和Task<T>

• System.Threading.Tasks.Task 和 System.Threading.Tasks.Task<T> 是C#异步编程中用于表示异步操作结果的类型。
  • Task 代表不返回具体值的异步操作。
  • Task<T> 代表完成后会有一个特定类型T结果的异步操作。

例如，假设我们有一个方法用于从Web API获取数据：

using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;

public class DataFetcher
{
    private readonly HttpClient _httpClient;

    public DataFetcher()
    {
        _httpClient = new HttpClient();
    }

    public async Task<string> GetJsonDataFromApiAsync(string apiUrl)
    {
        using (HttpResponseMessage response = await _httpClient.GetAsync(apiUrl))
        {
            response.EnsureSuccessStatusCode();
            string json = await response.Content.ReadAsStringAsync();
            return json;
        }
    }
}

// 使用示例
public async void GetDataAndProcess()
{
    var fetcher = new DataFetcher();
    
    // 调用异步方法获取数据
    string jsonData = await fetcher.GetJsonDataFromApiAsync("https://api.example.com/data");

    // 数据获取完毕后，进一步处理
    ProcessJsonData(jsonData);
}

在这个例子中：

1. GetJsonDataFromApiAsync 方法被标记为异步方法，因为它执行HTTP GET请求，这是一个典型的I/O操作，适合异步处理。
2. 方法内部，await _httpClient.GetAsync(apiUrl) 遇到第一个异步操作，此时控制权返回给调用栈，主线程可以继续执行其他任务。
3. 当HTTP响应可用时，.ReadAsStringAsync() 方法也被异步等待，最后返回JSON字符串。
4. 在主程序中，通过 await fetcher.GetJsonDataFromApiAsync(...) 我们等待数据加载完成，并在完成后处理数据。

通过这种方式，即使在网络请求或其他外部资源访问过程中可能会耗时较长，应用程序仍然能够保持响应性和流畅性，因为CPU时间片并未被长时间占用的等待所浪费。这就是异步编程在提升应用程序性能方面的关键作用。