第C#通過(guò)同步和異步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化做早餐的時(shí)間目錄概述同步方式做早餐同步做早餐示例同步做早餐示意圖同步方式為何會(huì)【卡住】？異步方式做早餐優(yōu)化異步做早餐優(yōu)化異步早餐示意圖異步異常異步任務(wù)異常示例高效的等待

概述

一天之計(jì)在于晨，每天的早餐也是必不可少，但是很多人為了節(jié)約時(shí)間，都是簡(jiǎn)單的吃點(diǎn)湊合一下或干脆不吃早餐，這對(duì)于個(gè)人身體和工作效率來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是不合理的，那么要如何做一頓早餐呢？如何能節(jié)約做早餐的時(shí)間呢？本文以一個(gè)簡(jiǎn)單的小例子，簡(jiǎn)述如何做一頓早餐及如何優(yōu)化做早餐的時(shí)間。僅供學(xué)習(xí)分享使用，如有不足之處，還請(qǐng)指正。

正常情況下，做早餐可以分為以下幾個(gè)步驟：

倒一杯咖啡。

加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。

煎三片培根。

烤兩片面包。

在烤面包上加黃油和果醬。

倒一杯橙汁。

同步方式做早餐

根據(jù)以上步驟進(jìn)行編程，做一份早餐需要編寫(xiě)程序如下：

///summary

///同步做早餐

////summary

///paramname="sender"/param

///paramname="e"/param

privatevoidbtnBreakfast_Click(objectsender,EventArgse)

this.txtInfo.Clear();

Stopwatchwatch=Stopwatch.StartNew();

watch.Start();

//1.倒一杯咖啡。

stringcup=PourCoffee();

PrintInfo("咖啡沖好了");

//2.加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。

stringeggs=FryEggs(2);

PrintInfo("雞蛋煎好了");

//3.煎三片培根。

stringbacon=FryBacon(3);

PrintInfo("培根煎好了");

//4.烤兩片面包。

stringtoast=ToastBread(2);

//5.在烤面包上加黃油和果醬。

ApplyButter(toast);

ApplyJam(toast);

PrintInfo("面包烤好了");

//6.倒一杯橙汁。

stringoj=PourOJ();

PrintInfo("橙汁倒好了");

PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");

watch.Stop();

TimeSpantime=watch.Elapsed;

PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒",time.TotalSeconds.ToString("0.00")));

///summary

///倒一杯咖啡

////summary

///returns/returns

privatestringPourCoffee()

PrintInfo("正在沖咖啡...");

return"咖啡";

///summary

///抹果醬

////summary

///paramname="toast"/param

privatevoidApplyJam(stringtoast)=

PrintInfo("往面包抹果醬");

///summary

///抹黃油

////summary

///paramname="toast"/param

privatevoidApplyButter(stringtoast)=

PrintInfo("往面包抹黃油");

///summary

///烤面包

////summary

///paramname="slices"/param

///returns/returns

privatestringToastBread(intslices)

for(intslice=0;sliceslices;slice++)

PrintInfo("往烤箱里面放面包");

PrintInfo("開(kāi)始烤...");

Task.Delay(3000).Wait();

PrintInfo("從烤箱取出面包");

return"烤面包";

///summary

///煎培根

////summary

///paramname="slices"/param

///returns/returns

privatestringFryBacon(intslices)

PrintInfo($"放{slices}片培根在平底鍋");

PrintInfo("煎第一片培根...");

Task.Delay(3000).Wait();

for(intslice=0;sliceslices;slice++)

PrintInfo("翻轉(zhuǎn)培根");

PrintInfo("煎第二片培根...");

Task.Delay(3000).Wait();

PrintInfo("把培根放盤(pán)子里");

return"煎培根";

///summary

///煎雞蛋

////summary

///paramname="howMany"/param

///returns/returns

privatestringFryEggs(inthowMany)

PrintInfo("加熱平底鍋...");

Task.Delay(3000).Wait();

PrintInfo($"磕開(kāi){howMany}個(gè)雞蛋");

PrintInfo("煎雞蛋...");

Task.Delay(3000).Wait();

PrintInfo("雞蛋放盤(pán)子里");

return"煎雞蛋";

///summary

///倒橙汁

////summary

///returns/returns

privatestringPourOJ()

PrintInfo("倒一杯橙汁");

return"橙汁";

}

同步做早餐示例

通過(guò)運(yùn)行示例，發(fā)現(xiàn)采用同步方式進(jìn)行編程，做一份早餐，共計(jì)15秒鐘，且在此15秒鐘時(shí)間內(nèi)，程序處于【卡住】狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行其他操作。如下所示：

同步做早餐示意圖

同步方式做早餐，就是一個(gè)做完，再進(jìn)行下一個(gè)，順序執(zhí)行，如下所示：

同步方式為何會(huì)【卡住】？

因?yàn)樵诔绦蜻M(jìn)程中，會(huì)有一個(gè)主線程，用于響應(yīng)用戶的操作，同步方式下，做早餐的和前端頁(yè)面同在主線程中，所以當(dāng)開(kāi)始做早餐時(shí)，就不能響應(yīng)其他的操作了。這就是【兩耳不聞窗外事，一心只讀圣賢書(shū)】的境界。但如果讓用戶長(zhǎng)時(shí)間處于等待狀態(tài)，會(huì)讓用戶體驗(yàn)很不友好。比如，劉玄德三顧茅廬，大雪紛飛之下，諸葛亮在草廬中午睡，劉關(guān)張?jiān)诖笱┲徐o等。試問(wèn)有幾人會(huì)有玄德的耐心，何況程序也不是諸葛亮，用戶也沒(méi)有玄德的耐心！

異步方式做早餐

上述代碼演示了不正確的實(shí)踐：構(gòu)造同步代碼來(lái)執(zhí)行異步操作。顧名思義，此代碼將阻止執(zhí)行這段代碼的線程執(zhí)行任何其他操作。在任何任務(wù)進(jìn)行過(guò)程中，此代碼也不會(huì)被中斷。就如同你將面包放進(jìn)烤面包機(jī)后盯著此烤面包機(jī)一樣。你會(huì)無(wú)視任何跟你說(shuō)話的人，直到面包彈出。如何做才能避免線程阻塞呢？答案就是異步。await關(guān)鍵字提供了一種非阻塞方式來(lái)啟動(dòng)任務(wù)，然后在此任務(wù)完成時(shí)繼續(xù)執(zhí)行。

首先更新代碼，對(duì)于耗時(shí)的程序，采用異步方式做早餐，如下所示：

privateasyncvoidbtnBreakfastAsync_Click(objectsender,EventArgse)

this.txtInfo.Clear();

Stopwatchwatch=Stopwatch.StartNew();

watch.Start();

//1.倒一杯咖啡。

stringcup=PourCoffee();

PrintInfo("咖啡沖好了");

//2.加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。

//Taskstringeggs=FryEggsAsync(2);

stringeggs=awaitFryEggsAsync(2);

PrintInfo("雞蛋煎好了");

//3.煎三片培根。

stringbacon=awaitFryBaconAsync(3);

PrintInfo("培根煎好了");

//4.烤兩片面包。

stringtoast=awaitToastBreadAsync(2);

//5.在烤面包上加黃油和果醬。

ApplyButter(toast);

ApplyJam(toast);

PrintInfo("面包烤好了");

//6.倒一杯橙汁。

stringoj=PourOJ();

PrintInfo("橙汁倒好了");

PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");

watch.Stop();

TimeSpantime=watch.Elapsed;

PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒",time.TotalSeconds.ToString("0.00")));

///summary

///異步烤面包

////summary

///paramname="slices"/param

///returns/returns

privateasyncTaskstringToastBreadAsync(intslices)

for(intslice=0;sliceslices;slice++)

PrintInfo("往烤箱里面放面包");

PrintInfo("開(kāi)始烤...");

awaitTask.Delay(3000);

PrintInfo("從烤箱取出面包");

return"烤面包";

///summary

///異步煎培根

////summary

///paramname="slices"/param

///returns/returns

privateasyncTaskstringFryBaconAsync(intslices)

PrintInfo($"放{slices}片培根在平底鍋");

PrintInfo("煎第一片培根...");

awaitTask.Delay(3000);

for(intslice=0;sliceslices;slice++)

PrintInfo("翻轉(zhuǎn)培根");

PrintInfo("煎第二片培根...");

awaitTask.Delay(3000);

PrintInfo("把培根放盤(pán)子里");

return"煎培根";

///summary

///異步煎雞蛋

////summary

///paramname="howMany"/param

///returns/returns

privateasyncTaskstringFryEggsAsync(inthowMany)

PrintInfo("加熱平底鍋...");

awaitTask.Delay(3000);

PrintInfo($"磕開(kāi){howMany}個(gè)雞蛋");

PrintInfo("煎雞蛋...");

awaitTask.Delay(3000);

PrintInfo("雞蛋放盤(pán)子里");

return"煎雞蛋";

}

注意：通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，異步方式和同步方式的執(zhí)行時(shí)間一致，所以采用異步方式并不會(huì)縮短時(shí)間，但是程序已不再阻塞，可以同時(shí)響應(yīng)用戶的其他請(qǐng)求。

優(yōu)化異步做早餐

通過(guò)上述異步方式，雖然優(yōu)化了程序，不再阻塞，但是時(shí)間并沒(méi)有縮短，那么要如何優(yōu)化程序來(lái)縮短時(shí)間，以便早早的吃上可口的早餐呢？答案就是在開(kāi)始一個(gè)任務(wù)后，在等待任務(wù)完成時(shí)，可以繼續(xù)進(jìn)行準(zhǔn)備其他的任務(wù)。你也幾乎將在同一時(shí)間完成所有工作。你將吃到一頓熱氣騰騰的早餐。通過(guò)合并任務(wù)和調(diào)整任務(wù)的順序，將大大節(jié)約任務(wù)的完成時(shí)間，如下所示：

///summary

///優(yōu)化異步做早餐

////summary

///paramname="sender"/param

///paramname="e"/param

privateasyncvoidbtnBreakfast2_Click(objectsender,EventArgse)

this.txtInfo.Clear();

Stopwatchwatch=Stopwatch.StartNew();

watch.Start();

//1.倒一杯咖啡。

stringcup=PourCoffee();

PrintInfo("咖啡沖好了");

//2.加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。

TaskstringeggsTask=FryEggsAsync(2);

//3.煎三片培根。

TaskstringbaconTask=FryBaconAsync(3);

//4.5合起來(lái)烤面包，抹果醬，黃油

TaskstringtoastTask=MakeToastWithButterAndJamAsync(2);

stringeggs=awaiteggsTask;

PrintInfo("雞蛋煎好了");

stringbacon=awaitbaconTask;

PrintInfo("培根煎好了");

stringtoast=awaittoastTask;

PrintInfo("面包烤好了");

//6.倒一杯橙汁。

stringoj=PourOJ();

PrintInfo("橙汁倒好了");

PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");

watch.Stop();

TimeSpantime=watch.Elapsed;

PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒",time.TotalSeconds.ToString("0.00")));

///summary

///組合任務(wù)

////summary

///paramname="number"/param

///returns/returns

privateasyncTaskstringMakeToastWithButterAndJamAsync(intnumber)

vartoast=awaitToastBreadAsync(number);

ApplyButter(toast);

ApplyJam(toast);

returntoast;

}

在本例中，合并了【烤面包+抹果醬+抹黃油】為一個(gè)任務(wù)，這樣是烤面包的同時(shí)，可以煎雞蛋，煎培根，三項(xiàng)耗時(shí)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行。在三個(gè)任務(wù)都完成是，早餐也就做好了，示例如下所示：

通過(guò)以上優(yōu)化示例發(fā)現(xiàn)，通過(guò)合并任務(wù)和調(diào)整順序，做一份早餐，需要6.06秒。

優(yōu)化異步早餐示意圖

優(yōu)化后的異步做早餐，由于一些任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，因此節(jié)約了時(shí)間。示意圖如下所示：

異步異常

上述示例假定所有的任務(wù)都可以正常完成，那么如果某一個(gè)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生了異常，要如何捕獲呢？答案是：當(dāng)任務(wù)無(wú)法成功完成時(shí)，它們將引發(fā)異常。當(dāng)啟動(dòng)的任務(wù)為awaited時(shí)，客戶端代碼可捕獲這些異常。

例如當(dāng)烤面包的時(shí)候，烤箱突然著火了，如何處理異常呢？代碼如下所示：

privateasyncvoidbtnBreakfastAsync3_Click(objectsender,EventArgse)

this.txtInfo.Clear();

Stopwatchwatch=Stopwatch.StartNew();

watch.Start();

//1.倒一杯咖啡。

stringcup=PourCoffee();

PrintInfo("咖啡沖好了");

//2.加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。

TaskstringeggsTask=FryEggsAsync(2);

//3.煎三片培根。

TaskstringbaconTask=FryBaconAsync(3);

//4.5合起來(lái)烤面包，抹果醬，黃油

TaskstringtoastTask=MakeToastWithButterAndJamAsyncEx(2);

stringeggs=awaiteggsTask;

PrintInfo("雞蛋煎好了");

stringbacon=awaitbaconTask;

PrintInfo("培根煎好了");

stringtoast=awaittoastTask;

PrintInfo("面包烤好了");

//6.倒一杯橙汁。

stringoj=PourOJ();

PrintInfo("橙汁倒好了");

PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");

watch.Stop();

TimeSpantime=watch.Elapsed;

PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒",time.TotalSeconds.ToString("0.00")));

catch(AggregateExceptionex){

PrintInfo("線程內(nèi)部異常");

PrintInfo(ex.StackTrace);

catch(Exceptionex)

PrintInfo("其他異常");

PrintInfo(ex.Message);

///summary

///組合任務(wù)

////summary

///paramname="number"/param

///returns/returns

privateasyncTaskstringMakeToastWithButterAndJamAsyncEx(intnumber)

vartoast=awaitToastBreadAsyncEx(number);

ApplyButter(toast);

ApplyJam(toast);

returntoast;

///summary

///異步烤面包異常

////summary

///paramname="slices"/param

///returns/returns

privateasyncTaskstringToastBreadAsyncEx(intslices)

for(intslice=0;sliceslices;slice++)

PrintInfo("往烤箱里面放面包");

PrintInfo("開(kāi)始烤...");

awaitTask.Delay(2000);

PrintInfo("著火了!面包糊了!");

inta=1,b=0;

inti=a/b;//制造一個(gè)異常

//thrownewInvalidOperationException("烤箱著火了！");

awaitTask.Delay(1000);

PrintInfo("從烤箱取出面包");

return"烤面包";

}

異步任務(wù)異常示例

請(qǐng)注意，從烤面包機(jī)著火到發(fā)現(xiàn)異常，有相當(dāng)多的任務(wù)要完成。當(dāng)異步運(yùn)行的任務(wù)引發(fā)異常時(shí)，該任務(wù)出錯(cuò)。Task對(duì)象包含Task.Exception屬性中引發(fā)的異常。出錯(cuò)的任務(wù)在等待時(shí)引發(fā)異常。

需要理解兩個(gè)重要機(jī)制：異常在出錯(cuò)的任務(wù)中的存儲(chǔ)方式，以及在代碼等待出錯(cuò)的任務(wù)時(shí)解包并重新引發(fā)異常的方式。

當(dāng)異步運(yùn)行的代碼引發(fā)異常時(shí)，該異常存儲(chǔ)在Task中。Task.Exception屬性為System.AggregateException，因?yàn)楫惒焦ぷ髌陂g可能會(huì)引發(fā)多個(gè)異常。引發(fā)的任何異常都將添加到AggregateException.InnerExceptions集合中。如果該Exception屬性為NULL，則將創(chuàng)建一個(gè)新的AggregateException且引發(fā)的異常是該集合中的第一項(xiàng)。

對(duì)于出錯(cuò)的任務(wù)，最常見(jiàn)的情況是Exception屬性只包含一個(gè)異常。當(dāng)代碼awaits出錯(cuò)的任務(wù)時(shí)，將重新引發(fā)AggregateException.InnerExceptions集合中的第一個(gè)異常。因此，此示例的輸出顯示InvalidOperationException而不是AggregateException。提取第一個(gè)內(nèi)部異常使得使用異步方法與使用其對(duì)應(yīng)的同步方法盡可能相似。當(dāng)你的場(chǎng)景可能生成多個(gè)異常時(shí)，可在代碼中檢查Exception屬性。

高效的等待

通過(guò)以上示例，需要等待很多任務(wù)完成，然后早餐才算做好，那么如何才能高效優(yōu)雅的等待呢？可以通過(guò)使用Task類(lèi)的方法改進(jìn)上述代碼末尾的一系列await語(yǔ)句。其中一個(gè)API是WhenAll，它將返回一個(gè)其參數(shù)列表中的所有任務(wù)都已完成時(shí)才完成的Task，如下所示：

privateasyncvoidbtnBreakfastAsync4_Click(objectsender,EventArgse)

this.txtInfo.Clear();

Stopwatchwatch=Stopwatch.StartNew();

watch.Start();

//1.倒一杯咖啡。

stringcup=PourCoffee();

PrintInfo("咖啡沖好了");

//2.加熱平底鍋，然后煎兩個(gè)雞蛋。

TaskstringeggsTask=FryEggsAsync(2);

//3.煎三片培根。

TaskstringbaconTask=FryBaconAsync(3);

//4.5合起來(lái)烤面包，抹果醬，黃油

TaskstringtoastTask=MakeToastWithButterAndJamAsync(2);

//等待任務(wù)完成

awaitTask.WhenAll(eggsTask,baconTask,toastTask);

PrintInfo("雞蛋煎好了");

PrintInfo("培根煎好了");

PrintInfo("面包烤好了");

//6.倒一杯橙汁。

stringoj=PourOJ();

PrintInfo("橙汁倒好了");

PrintInfo("早餐準(zhǔn)備完畢!");

watch.Stop();

TimeSpantime=watch.Elapsed;

PrintInfo(string.Format("總運(yùn)行時(shí)間為：{0}秒",time.TotalSeconds.ToString("0.00")));

}

另一種選擇是使用WhenAny，它將返回一個(gè)當(dāng)其參數(shù)完