.NET異步有多少種實作方式？（異步編程提高系統效能、改善使用者體驗）

2024-05-15碼農

前言

想要知道.NET異步有多少種實作方式，首先我們要知道.NET提供的執行異步操作的三種模式，然後再去了解.NET異步實作的四種方式。

.NET執行異步操作的三種模式

基於任務的異步模式 (TAP)【推薦使用】： 該模式使用單一方法表示異步操作的開始和完成，TAP 是在 .NET Framework 4 中引入的。 這是在 .NET 中進行異步編程的推薦方法。 C# 中的 async 和 await 關鍵詞以及 Visual Basic 中的 Async 和 Await 運算子為 TAP 添加了語言支持。有關詳細資訊，請參閱 基於任務的異步模式 (TAP) 。

基於事件的異步模式 (EAP)： 是提供異步行為的基於事件的舊模型，這種模式需要字尾為 Async 的方法，以及一個或多個事件、事件處理常式委托型別和 EventArg 衍生類別型。EAP 是在 .NET Framework 2.0 中引入的。建議新開發中不再使用這種模式。有關詳細資訊，請參閱 基於事件的異步模式 (EAP) 。

異步編程模型 (APM) 模式（也稱為 IAsyncResult 模式）： 這是使用 IAsyncResult 介面提供異步行為的舊模型，在這種模式下，同步操作需要 Begin 和 End 方法（例如，BeginWrite 和 EndWrite以實作異步寫入操作）。不建議新的開發使用此模式。有關詳細資訊，請參閱 異步編程模型 (APM) 。

.NET異步編程有什麽作用？

提高效能和資源利用率： 異步編程可以在等待 I/O 操作完成的同時釋放執行緒資源，使得執行緒能夠繼續執行其他任務，從而提高了系統的資源利用率和效能。

改善使用者體驗： 透過異步編程，可以避免在等待長時間操作完成時出現界面卡頓或無響應的情況，從而改善使用者體驗，使應用程式更加流暢和響應。

簡化編程模型： 使用 C# 提供的 async 和 await 關鍵字可以使異步編程變得更加簡潔和易於理解，避免了傳統的回呼地獄（callback hell），使程式碼更具可讀性和可維護性。

提高並行性： 透過異步編程，可以更有效地處理並行請求，從而提高系統的並行效能，使得應用程式能夠更好地處理大量使用者請求。

支持大規模並列編程： 異步編程模型使得在大規模並列編程中更容易管理和控制異步任務的執行，提供了更靈活的並行編程方式。

總的來說，異步編程在提高系統效能、改善使用者體驗、簡化編程模型和支持並列編程方面發揮著重要作用，是現代軟體開發中不可或缺的重要技術之一。

一、異步方法（Async Method TAP模式）

使用async/await關鍵字實作異步編程，這是比較常用的一種異步實作方式。例如：

///<summary> /// 異步方法（Async Method TAP模式） ///</summary> ///<returns></returns> publicstaticasync Task TestDoSomeAsync() { await Task.Delay(1000 * 10).ConfigureAwait(false); //等待10秒 Console.WriteLine("Async Method Completed."); }

二、任務並列庫（TPL, Task Parallel Library TAP模式）

透過 Task 和 Task 型別實作異步編程，可以利用多核處理器，並行執行多個獨立的任務。例如：

///<summary> /// 任務並列庫（TPL, Task Parallel Library TAP模式） ///</summary> publicstaticvoidTestTaskParallel() { var task1 = Task.Run(() => { Console.WriteLine("Task 1 Completed."); }); var task2 = Task.Run(() => { Console.WriteLine("Task 2 Completed."); }); Task<int> task3 = Task.Factory.StartNew(() => { Console.WriteLine("Task 3 Completed."); return20; // 返回一個整數值 }); //等待所有任務完成 Task.WaitAll(task1, task2, task3); }

三、Asynchronous Programming Model（APM模式）

是一種經典的異步編程模式，需要手動建立回呼函式，用於處理完成或錯誤的通知。可以透過 IAsyncResult 設計模式的 Begin 和 End 方法來實作，其中 Begin 方法開始異步操作，而 End 方法在異步操作完成時執行，並返回異步操作的結果。

註意：在 .NET Core 或 .NET 5+ 等新版本中，BeginInvoke 方法已經被棄用並不再支持，因此可能會導致 System.PlatformNotSupportedException 異常，不過在.NET FX環境是支持的。

///<summary> /// Asynchronous Programming Model（APM模式） ///</summary> publicstaticvoidTestAPMAsync() { // 建立一個 AsyncCallback 委托，用於處理異步操作完成後的回呼 var callback = new AsyncCallback(AsyncOperationCallback); // 建立一個異步委托例項，表示要異步執行的操作 var asyncMethod = new Func<int, string>(AsyncMethod); // 開始異步操作 var result = asyncMethod.BeginInvoke(88, callback, asyncMethod); Console.WriteLine($"TestAPMAsync Completed."); Console.ReadLine(); } privatestaticstringAsyncMethod(int parameter) { Console.WriteLine("AsyncMethod開始執行了..."); return$"異步操作完成，參數為：{parameter}。"; } privatestaticvoidAsyncOperationCallback(IAsyncResult result) { try { // 從異步狀態物件中獲取返回的異步委托 Func<int, string> asyncMethod = (Func<int, string>)result.AsyncState; string message = asyncMethod.EndInvoke(result); Console.WriteLine(message); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine($"異步操作發生異常：{ex.Message}"); } }

四、Event-based Asynchronous Pattern（EAP模式）

是一種已過時的異步編程模式，需要使用事件來實作異步編程。

需要註意的是，EAP 模式透過事件來實作異步編程，相對於 APM 模式更容易理解，同時也避免了手動處理回呼函式等細節工作。但是，EAP 模式並不支持 async/await 異步關鍵字，因此在一些特定的場景下可能不夠靈活。

///<summary> /// Event-based Asynchronous Pattern（EAP模式） ///</summary> staticvoidMain(string[] args) { var asyncObj = new MyAsync class(); // 訂閱異步操作完成事件 asyncObj.OperationNameCompleted += AsyncObjOperationNameCompleted; // 啟動異步操作 asyncObj.DoWorkAsync(10); Console.ReadLine(); } ///<summary> /// 異步操作完成事件的處理方法 ///</summary> ///<param name="result">result</param> privatestaticvoidAsyncObjOperationNameCompleted(int result) { Console.WriteLine($"異步操作完成，結果為: {result}"); } public classMyAsync class : Component { ///<summary> /// 聲明一個委托型別，用於定義異步操作的方法簽名 ///</summary> ///<param name="arg"></param> ///<returns></returns> publicdelegatevoidMyAsyncDelegate(int arg); ///<summary> /// 聲明一個事件，用於通知異步操作的完成 ///</summary> publicevent MyAsyncDelegate OperationNameCompleted; ///<summary> /// 異步執行方法，接受一個參數 arg ///</summary> ///<param name="arg"></param> publicvoidDoWorkAsync(int arg) { // 將異步操作放入執行緒池中執行 ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(DoWork), arg); } ///<summary> /// 真正的異步操作 ///</summary> ///<param name="obj"></param> privatevoidDoWork(object obj) { int arg = (int)obj; int res = arg + 1; // 觸發事件，傳遞異步操作的結果 OperationNameCompleted?.Invoke(res); } }