.net core 非阻塞的异步编程 及 线程调度过程
简介：
【11月更文挑战第12天】本文介绍了.NET Core中的非阻塞异步编程，包括其基本概念、实现方式及应用示例。通过`async`和`await`关键字，程序可在等待I/O操作时保持线程不被阻塞，提高性能。文章还详细说明了异步方法的基础示例、线程调度过程、延续任务机制、同步上下文的作用以及如何使用`Task.WhenAll`和`Task.WhenAny`处理多个异步任务的并发执行。
- 非阻塞异步编程概述
- 在.NET Core 中，非阻塞异步编程是一种高效的编程模式，它允许程序在等待某些操作（如 I/O 操作，像读取文件、网络请求等）完成时不会阻塞线程，从而可以充分利用系统资源，提高应用程序的性能和响应能力。
- 主要通过
async和await关键字来实现。async用于标记一个方法是异步方法，await用于暂停异步方法的执行，直到等待的操作完成。
- 异步方法基础示例
- 以下是一个简单的异步方法示例，用于模拟一个异步操作（比如读取文件或网络请求）：
using System;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
static async Task Main()
{
Console.WriteLine("Before asynchronous operation");
await DoSomethingAsync();
Console.WriteLine("After asynchronous operation");
}
static async Task DoSomethingAsync()
{
await Task.Delay(1000); // 模拟一个耗时1秒的操作
}
}
Main方法被标记为async，表示它是一个异步方法。await DoSomethingAsync()暂停Main方法的执行，直到DoSomethingAsync中的Task.Delay操作完成。DoSomethingAsync方法也是异步的，它通过await Task.Delay(1000)模拟一个耗时 1 秒的操作。
- 线程调度过程 - 任务和线程池的关系
- 当一个异步方法被调用时，它通常会返回一个
Task或Task<T>（其中T是返回值类型）。这些任务会被放入线程池（ThreadPool）中进行调度。
- 线程池是一组预先创建好的线程，用于执行任务。当一个
await操作发生时，当前线程可能会被释放回线程池，去执行其他任务。
- 例如，在上面的
DoSomethingAsync方法中，当执行到await Task.Delay(1000)时，当前执行的线程可以去处理其他任务。当Task.Delay完成后，线程池会调度一个线程（可能是之前的线程，也可能是其他线程）来继续执行DoSomethingAsync方法的后续代码。
- 继续执行的机制 - 延续任务（Continuation）
- 当一个
await操作完成后，后续的代码会作为一个延续任务被安排执行。延续任务是一种特殊的任务，它依赖于之前的任务完成。
- 例如，在
Main方法中，await DoSomethingAsync()后的Console.WriteLine("After asynchronous operation");就是一个延续任务。当DoSomethingAsync中的操作完成后，线程池会调度一个线程来执行这个延续任务。
- 这种机制确保了异步操作完成后的正确执行顺序，同时避免了不必要的线程阻塞。
- 异步编程中的同步上下文（Synchronization Context）
- 在某些情况下，如在 Windows Forms 或ASP.NET应用程序中，存在同步上下文。同步上下文用于确保在正确的线程上执行代码，以避免线程安全问题。
- 例如，在 Windows Forms 应用程序中，UI 控件只能在创建它们的线程（通常是 UI 线程）上进行更新。当在异步方法中更新 UI 时，
await操作会捕获当前的同步上下文，并在合适的线程（如 UI 线程）上执行延续任务。
- 不过，在控制台应用程序（如前面的示例）中，通常没有同步上下文，所以延续任务可以在任何线程池线程上执行。
- 复杂场景下的线程调度 - 多个异步任务并发执行
- 可以使用
Task.WhenAll或Task.WhenAny来处理多个异步任务的并发执行。
Task.WhenAll会等待所有指定的任务都完成，例如：
static async Task Main()
{
var task1 = DoSomethingAsync();
var task2 = DoSomethingElseAsync();
await Task.WhenAll(task1, task2);
Console.WriteLine("Both tasks are completed");
}
- 在这个示例中，
task1和task2是两个异步任务，Task.WhenAll会使Main方法暂停执行，直到task1和task2都完成。在等待过程中，线程池会有效地调度线程来执行这些任务，提高了并发性能。
Task.WhenAny则是等待其中一个任务完成，一旦有一个任务完成，就会继续执行后续代码。这在处理多个可能有不同响应时间的任务时非常有用，比如多个网络请求，只要有一个请求返回结果就可以进行下一步操作。
