非同步方法和TPL： async / await / Parallel

封裝

我們要把上面這個Task封裝成方法，怎麼辦？

最重要的一點，這個方法要能返回生成的random，後面的程式碼要用！

    public static Task<int> getRandom()
    {
        return Task<int>.Run(() =>
        {
            Thread.Sleep(500);    //模擬耗時
            return new Random().Next();
        });
    }

@想一想@：應該如何呼叫這個方法？（提示：不要直接getRandom().Result

）

假如我們還需要進一步的封裝，新增一個方法Process，裡面呼叫getRandom()並把其結果輸出：

    public static void Process()
    {
        Task<int> task = getRandom();
        Console.WriteLine(task.Result);
    }

故技重施，好像不行了，這次……

@想一想@：再讓Process()返回Task行不行？一個Task套另一Task會出現什麼情況？

在getRandom()和Process()中展示執行緒Id看一看：

    Console.WriteLine("in getRandom() with Thread-" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

在.NET core的I/O類庫中，我們會發現這樣的方法：

    public static Task AppendAllLinesAsync(string path, IEnumerable<string> contents, Encoding encoding, CancellationToken cancellationToken = default); 
    public static Task<byte[]> ReadAllBytesAsync(string path, CancellationToken cancellationToken = default);

注意：

方法名被添加了Async字尾（推薦命名規範）
方法的返回型別為Task或Task<T>

非同步方法

.NET為我們提供了簡潔優雅的非同步方法，只需要兩個關鍵字：

async和await

被async標記的方法被稱為非同步方法，

但是，async不一定（沒有強制力保證）非同步。同步的方法一樣可以標記async。async的作用只是：
告訴編譯器方法中可以出現await。如果只有async沒有await，報編譯時警告

只有await沒有async，報編譯錯誤。

    static async void Process()
    {
        int random = await getRandom();
        Console.WriteLine(random);
    }

await，可以理解為：非同步（async）等待，後接 awaitable 例項。

我們可以簡單的把awaitable理解成Task。

非阻塞等待

非同步方法一直同步執行，直到 await。

從 await 開始非同步（分叉）：

執行 awatable 中的內容，同時
返回方法的呼叫處，執行其後內容

直到 awaitable 中內容執行完畢，才暫停方法呼叫處內容，繼續執行await之後的程式碼。

非同步方法執行完畢，繼續方法呼叫處內容。

以上述程式碼為例：

    //33 --> 44 --> 45                      --> 46 --> 47 -->                   呼叫非同步方法處
    //                  +--> 52 --> 57-- +                                      被呼叫非同步方法
    //                  +--> 35 --> 38                        +--> 39           awaitable

注意：如果52行之前還有普通（非非同步）程式碼，這些程式碼不會被非同步執行。

await不像Wait()或Result一樣，

開始（但不是立即或同步的）
async和await會不會開啟一個新的任務（或者執行緒）？不會。

非同步方法分為兩種：

返回 void 或 Task

        public static async void Getup()
        {
            Console.WriteLine($"before await-1 with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.WriteLine($"before await-2 with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            //await 之前的程式碼，在主執行緒上執行

            //
            await Task.Run(()=> {
                Console.WriteLine($"in await with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            });

            //
            Console.WriteLine($"after await-3 with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.WriteLine($"after await-4 with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }

從await開始，程式碼開始分叉（只是非同步，不一定新開執行緒）：

一邊執行await後的表示式（Task）
一邊返回到方法呼叫者處繼續執行

直到await後的Task執行完畢，才會返回async方法，繼續執行其await（非阻塞）之後的剩餘程式碼。

            Console.WriteLine($"before async-1 with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.WriteLine($"before async-2 with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Getup();
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                //Getup()裡await部分的執行，會打亂這裡程式碼的同步執行
                Console.WriteLine($"after async-{3 + i} with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            }

實質上，await採用的是Task的ContinueWith()機制：await 之後的方法內程式碼，被 await Task 執行完畢後呼叫。

對比演示：

非非同步方法：只有Task非同步執行
呼叫Wait()的非非同步方法：Wait()會阻塞當前執行緒進行等待

非同步方法中的 void 可以被直接替換成 Task（推薦），以便於該方法進一步的被 await 傳遞。

void通常做為頂級（top-level）方法使用。

思考：當async方法中丟擲異常，void方法和Task方法的區別？

返回Task<T>

返回值被Task包裹，寫成Task<T>，T指方法體內宣告返回的型別

        //方法的宣告：返回的是Task<int>
        public static async Task<int> Getup()
        {
            int result = await Task<int>.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine($"at await in Getup() with thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                return new Random().Next();
            });

            //方法體內，返回的是int
            return result;
        }

特別注意：不能直接Getup().Result 或 await Getup()取值，否則……

思考：和直接返回Task<T>的區別？

任務並行庫（TaskParallelLibrary）

.NET中System.Threading 和System.Threading.Tasks名稱空間下的類庫

簡化非同步/並行開發，在底層實現：

動態調整並行規模
處理分割槽
執行緒（池）排程（器）等……

基於Task的並行

最簡單的例子，Parallel.Invoke()：

            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Console.WriteLine();  Parallel.Invoke(
                    () =>
                    {
                        Console.WriteLine(i + $":task-{Task.CurrentId} in thread-{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                        Console.WriteLine($"task-{Task.CurrentId} begin in thread-{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                        Console.WriteLine($"task-{Task.CurrentId} in thread-{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                        Console.WriteLine($"task-{Task.CurrentId} end in thread-{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                    },
                    () =>
                    {
                        Console.WriteLine(i + $":task-{Task.CurrentId} in thread-{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                        Console.WriteLine($"task-{Task.CurrentId} in begin in thread-{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                        Console.WriteLine($"task-{Task.CurrentId} in thread-{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                        Console.WriteLine($"task-{Task.CurrentId} in end in thread-{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                    }
                );
            }

其他方法：

For迴圈

Parallel.For(0, 10, x => { Console.WriteLine(x); });

ForEach

            Parallel.ForEach(Enumerable.Range(1,10), x => Console.WriteLine(x));

引入執行緒陣列：Task[]

WaitAll / WaitAny：
WhenAll / WhenAny：

對比以下程式碼，體會 await 的 continuation：

 public static async Task Getup()
        {
            //await Task.Run(() => { Console.WriteLine("洗臉"); });
            //await Task.Run(() => { Console.WriteLine("刷牙"); });
            //await Task.Run(() => { Console.WriteLine("吃早餐"); });
            //await Task.Run(() => { Console.WriteLine("背單詞"); });

            Task[] tasks =
            {
                Task.Run(() => { Console.WriteLine("洗臉"); }),
                Task.Run(() => { Console.WriteLine("刷牙"); }),
                Task.Run(() => { Console.WriteLine("吃早餐"); }),
                Task.Run(() => { Console.WriteLine("背單詞"); })
            };
            await Task.WhenAll(tasks);
        }

補充：

Delay()

FromResult()

AsyncState

並行LinqParallel LINQ (PLINQ)

僅適用於Linq to Object，主要的措施是：對資料來源進行分割槽，然後多核併發執行（保守模式：如果能不併發就不併發）

核心方法：AsParallel()，在資料來源後新增。

            try
            {
                IEnumerable<int> numbers = Enumerable.Range(0, 1000);
                var filtered = numbers.AsParallel()
                    //.Where(n => n % 11 == 0)
                    .Where(n => 8 % (n > 100 ? n : 0) == 0)
                    ;

                filtered.ForAll(f => Console.WriteLine(f));
            }
            catch (AggregateException ae)
            {
                ae.Handle(e =>
                {
                    Console.WriteLine(e);
                    return true;
                });
            }

ForAll()：同樣可以併發執行

仍然是AggregateException異常

最佳實踐

使用非同步/並行的副作用（side effect）：

增加程式碼的複雜性（尤其是bug除錯）
非同步/並行的切換需要消耗額外的資源

簡單理解：

鎖、死鎖（Deadlock）、資源爭奪（race condition）
執行緒安全（Thread Safty）
天下沒有免費的午餐
越是複雜精巧的東西越不“耐操”（健壯性robust）

總是最後考慮非同步/並行：（個人建議）

總是在最後考慮非同步/併發（尤其是B/S架構）
確定性能瓶頸
確定該瓶頸可以通過非同步/並行的方法解決

非同步方法和TPL： async / await / Parallel

封裝

非同步方法

async和await

非阻塞等待

非同步方法和TPL： async / await / Parallel

ES8（2017）新特性：async/await、Object.values、Object.entries、String padding等

前端開發：Async/Await的使用心得

全面解析C#中的非同步程式設計為什麼要非同步過去糟糕的體驗一個新的方式Tasks基於任務的非同步程式設計模型Async和await時間處理程式和無返回值的非同步方法結束語

.NET非同步和多執行緒系列（六）- async/await

react 結合 Promise 和 async await 解決多個非同步請求後統一設定狀態問題

JavaScript 等待非同步請求資料返回值後，繼續執行程式碼 —— async await Promise的使用方法

JavaScript中的 async ,await的使用和方法

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vue中用 async/await 來處理非同步操作

.NET-.NET-指南-非同步程式設計模式：與其他非同步模式和型別互操作

用 async/await 來處理非同步

基於任務的非同步程式設計(Task,async,await)

非同步方法和TPL： async / await / Parallel

封裝

非同步方法

async和await

非阻塞等待

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