談談C#中異步編程模型的變遷

大家在編程過程中都會用到一些異步編程的情況。在C#的BCL中，很多api都提供了異步方法，初學者可能對各種不同異步方法的使用感到迷惑，本文主要為大家梳理一下異步方法的變遷以及如何使用異步方法。

BeginXXX，EndXXX模式

在.Net Framework 2.0中，最常見的方法是BeginXXX，和EndXXX這樣的方法來搭配使用。這種模式可以概括為方法+回調方法模式或者稱為InvokeMethod+EventHandler模式。

這種模型的基本流程是：

1. 調用BeginXXX方法
2. BeginXXX方法中傳入一個回調方法，這個回調方法會在異步方法執行結束後被執行
3. 調用EndXXX方法，使用EndXXX方法會阻塞當前線程，直到異步方法返回結果。

我們看一個FileStream的示例方法，在.Net 2.0中，你需要這樣使用異步：

using System;

using System.IO;

using System.Text;

public class AsyncTest

{

    public static void Main(string[] args)

    {

        using (FileStream file = new FileStream("Test.txt", FileMode.OpenOrCreate))

        {

            var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes("Test for .net framework 2.0");

            IAsyncResult asyncResult = file.BeginWrite(bytes, 0, bytes.Length, callback, null);

            file.EndWrite(asyncResult);

        }

        Console.ReadLine();

    }

    private static void callback(IAsyncResult ar)

    {

        Console.WriteLine("Finish Write");

    }

}

XXXAsync模式

從.Net 4.0開始，微軟引入了Task。由於Task本身的靈活性，也使得我們的異步編程模型更簡潔。上面的例子在.Net 4.5中可以這樣實現：

using System;

using System.IO;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

public class AsyncTest

{

    public static void Main(string[] args)

    {

        using (FileStream file = new FileStream("Test.txt", FileMode.OpenOrCreate))

        {

            var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes("Test for .net framework 4.5");

            var task = file.WriteAsync(bytes, 0, bytes.Length);

            task.Wait();

        }

        Console.ReadLine();

    }

}

微軟在許多BCL的api中都添加了XXXAsync方法來實現新的異步模型。Task本身比回調方法靈活了許多，可以更優雅的實現回調，取消，調度等操作。關於Task的使用方式可以看我之前總結的文章link。

async和await模型

為了進一步簡化異步模型，微軟從Visual Studio 2012開始引入了async和await關鍵字。這個模型本身是基於編譯器的一個語法糖，編譯後會生成一個statemachine模型。這樣上面例子中的寫法也可以簡化成：

using System;

using System.IO;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

public class AsyncTest

{

    public static void Main(string[] args)

    {

        TestFunc();

    }

    private static async void TestFunc()

    {

        using (FileStream file = new FileStream("Test.txt", FileMode.OpenOrCreate))

        {

            var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes("Test for .net framework 4.5");

            await file.WriteAsync(bytes, 0, bytes.Length);

        }

    }

}

關於異步編程模型的兼容性

如果大家注意看BCL中的類庫，會發現微軟並沒有在最新版本的類庫中對每一個BeginXXX的方法都添加了XXXAsync方法。這種情況下我們如何能讓新的異步模型兼容舊的方法呢？

以NamedPipeServerStream為例，這個類庫實現了一個管道的功能，微軟並沒有為其更新XXXAsync方法，你可以使用TaskFactory來兼容新的異步模型，你可以這樣來實現：

private static void OldAsyncModel()

{

    NamedPipeServerStream pipe = new NamedPipeServerStream("customPipe", PipeDirection.InOut, -1, PipeTransmissionMode.Message, PipeOptions.Asynchronous | PipeOptions.WriteThrough);

    IAsyncResult async = pipe.BeginWaitForConnection(callback, null);

    pipe.EndWaitForConnection(async);

}

private static async void NewAsyncModel()

{

    NamedPipeServerStream pipe = new NamedPipeServerStream("customPipe", PipeDirection.InOut, -1, PipeTransmissionMode.Message, PipeOptions.Asynchronous | PipeOptions.WriteThrough);

    await Task.Factory.FromAsync(pipe.BeginWaitForConnection, pipe.EndWaitForConnection, null);

}

因此，我們可以總結為，.Net中有兩種異步編程模型：

1. 不返回Task對象的調用方法+回調方法的模型
2. 返回Task對象的XXXAsync模型，和async，await模型

BeginXXX模型微軟已經逐漸的考慮廢棄，返回Task的異步編程模型目前是微軟建議的方式。