编辑“︁C Sharp async 与await”︁

= C# async与await =

== 介绍 ==
'''async'''和'''await'''是C#中用于简化异步编程的关键字，它们使得编写异步代码更加直观和易于维护。通过使用这两个关键字，开发者可以编写出看起来像同步代码的异步代码，从而避免回调地狱（Callback Hell）并提高代码的可读性。

异步编程的核心目标是让程序在等待某些操作（如I/O操作、网络请求等）完成时，不会阻塞主线程，从而提高应用程序的响应性和吞吐量。

== 基本语法 ==
在C#中，`async`关键字用于标记一个方法为异步方法，而`await`关键字用于等待一个异步操作的完成。异步方法通常返回`Task`或`Task<T>`。

=== 示例1：简单的异步方法 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("开始执行异步方法");
        await DoSomethingAsync();
        Console.WriteLine("异步方法执行完成");
    }

    static async Task DoSomethingAsync()
    {
        Console.WriteLine("异步操作开始");
        await Task.Delay(2000); // 模拟耗时操作
        Console.WriteLine("异步操作结束");
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
开始执行异步方法
异步操作开始
（等待2秒）
异步操作结束
异步方法执行完成
</pre>

'''解释：'''
- `Main`方法标记为`async`，因此可以在其中使用`await`。
- `DoSomethingAsync`方法模拟了一个耗时操作（`Task.Delay`）。
- `await`会暂停当前方法的执行，直到`Task.Delay`完成，但不会阻塞主线程。

== 工作原理 ==
当遇到`await`时，C#会将当前方法的剩余部分包装为一个回调，并在异步操作完成后继续执行。以下是`async`/`await`的工作流程：

<mermaid>
graph TD
    A[调用异步方法] --> B[执行到await]
    B --> C[异步操作开始]
    C --> D[方法返回未完成的任务]
    D --> E[异步操作完成]
    E --> F[继续执行剩余代码]
</mermaid>

== 返回值类型 ==
异步方法可以返回以下类型：
1. `Task`：表示没有返回值的异步操作。
2. `Task<T>`：表示返回类型为`T`的异步操作。
3. `void`：通常用于事件处理程序，但不推荐在其他场景使用。

=== 示例2：返回值的异步方法 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
static async Task<int> CalculateSumAsync(int a, int b)
{
    await Task.Delay(1000); // 模拟耗时计算
    return a + b;
}

static async Task Main(string[] args)
{
    int result = await CalculateSumAsync(3, 5);
    Console.WriteLine($"计算结果: {result}");
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
（等待1秒）
计算结果: 8
</pre>

== 错误处理 ==
异步方法可以通过`try-catch`块捕获异常，就像同步代码一样。

=== 示例3：异步异常处理 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
static async Task ThrowExceptionAsync()
{
    await Task.Delay(1000);
    throw new InvalidOperationException("发生了错误！");
}

static async Task Main(string[] args)
{
    try
    {
        await ThrowExceptionAsync();
    }
    catch (InvalidOperationException ex)
    {
        Console.WriteLine($"捕获异常: {ex.Message}");
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
（等待1秒）
捕获异常: 发生了错误！
</pre>

== 实际应用场景 ==
1. '''文件I/O操作'''：异步读取或写入文件以避免阻塞UI线程。
2. '''网络请求'''：如HTTP API调用。
3. '''数据库操作'''：异步查询或更新数据库。

=== 示例4：异步HTTP请求 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        using HttpClient client = new HttpClient();
        string url = "https://api.example.com/data";
        
        try
        {
            string response = await client.GetStringAsync(url);
            Console.WriteLine($"响应数据: {response}");
        }
        catch (HttpRequestException ex)
        {
            Console.WriteLine($"请求失败: {ex.Message}");
        }
    }
}
</syntaxhighlight>

== 常见问题与注意事项 ==
1. '''避免`async void`'''：除非是事件处理程序，否则应使用`async Task`。
2. '''死锁风险'''：在UI线程中错误地使用`.Result`或`.Wait()`可能导致死锁。
3. '''性能开销'''：异步操作有轻微的性能开销，但对于I/O密集型任务利大于弊。

== 数学表示（可选） ==
异步操作的完成时间可以表示为：
<math>
T_{total} = T_{async} + T_{continuation}
</math>
其中：
- <math>T_{async}</math>是异步操作本身的耗时。
- <math>T_{continuation}</math>是回调执行的耗时。

== 总结 ==
`async`和`await`是C#异步编程的核心，它们让开发者能够以同步的方式编写异步代码，同时保持代码的清晰性和可维护性。通过合理使用这两个关键字，可以显著提升应用程序的性能和用户体验。

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