.NET 基于Task的异步编程模型

最近下载了Visual Studio Async CTP，体验了下基于Task的异步编程带来的新特性。在CTP中，增加了新的关键字: async, await。尤其是在SL，WP7的编程中，大量使用异步调用的环境里，async, await的确能减少编程的复杂度。看上去像是同步的方法，其实编译器做了些手脚，悄悄的生成了回调的代码。比如：

private async void button_Click(object sender, EventArgs e){    var client = new WebClient();    var result = await client.DownloadStringTaskAsync("http://www.csdn.net");    textBox1.Text = result;    MessageBox.Show("Complete");}

上面的代码，await 这一行的 DownloadStringTaskAsync (CTP中AsyncCtpLibrary.dll中提供的WebClient的扩展方法) 是异步执行的，之后两行被包装成回调。
(另外，注意：在button_Click的void之前加上了async关键字)


按照原来的写法：

private void button3_Click(object sender, EventArgs e){    var client = new WebClient();    client.DownloadStringCompleted += (s, evt) => {        textBox1.Text = evt.Result;        MessageBox.Show("Complete");    };    client.DownloadStringAsync(new Uri("http://www.csdn.net"));}

比较代码可以感觉到 async，await 的出现，一下把我们从“先定义回调”的思想变回“同步调用"的顺序时代。

先回顾一下目前为止我们使用的异步编程方法：

1. 最简单的Thread：

var thread = new Thread((obj) =>{    // 模拟复杂的处理    Thread.Sleep(1000);    Console.WriteLine(obj);});thread.Start("some work");

这种处理方式，麻烦在于处理返回值上，通常还要设计个包装类封装个Result 属性以获得返回值。

2. Thread的包装演变出 APM  (Asynchronous Programming Model)：
最典型的代表：Delegate.BeginInvoke / EndInvoke。WCF的客户端代理类如果选择生成异步方法，那么也是BeginXXX,EndXXX这样的方法。

Func<string, string> func = x =>{    // 模拟复杂的处理    Thread.Sleep(1000);    return x + " is completed";};func.BeginInvoke("some work", ir =>{    AsyncResult ar = (AsyncResult)ir;    var delegateInstance = (Func<string, string>)ar.AsyncDelegate;    var result = delegateInstance.EndInvoke(ir);    Console.WriteLine(result);}, null);

3. 基于事件的APM——EAP(Event-based Asynchronous Pattern)
上面的BeginXXX,EndXXX的异步编程模型，在Callback上还是略显笨重，因此又演变出基于事件注册回调方法的模式。
最典型的代表就是 WebClient (HttpWebRequest 等)

var client = new WebClient();client.DownloadStringCompleted += (s, evt) => {    textBox1.Text = evt.Result;    MessageBox.Show("Complete");};client.DownloadStringAsync(new Uri("http://www.csdn.net"));

4. 基于Task的APM——TAP(Task-based Asynchronous Pattern)
.net 4.0 里引入了并行编程库，Task成为新的异步编程主角，async, await 语法糖应运而生。为了实现async，await编译器将每个被async关键字标记的方法编译为一个方法所在类的一个内嵌类，所有在方法体内出现的变量会被转为这个类的字段，如果是一个实例方法，那么this所代表的对象也被声明为一个字段。这个类有两个核心成员：一个int来保存代码执行到哪一步的state，一个方法来执行真正的动作的 MoveNext() 方法。

比如下面的方法：

static async void SimpleAsyncTest(){     var client = new WebClient();    var result1 = await client.DownloadStringTaskAsync("http://www.csdn.net");    Console.WriteLine("complete");}

被转化为如下：注：Reflector反射出来的名字都是特殊字符，下面的类名变量名为了可读已做替换。

private static void SimpleAsyncTest(){    SimpleAsyncTestObj obj = new SimpleAsyncTestObj(0);    obj.MoveNextDelegate = new Action(obj, (IntPtr)this.MoveNext);    obj.builder = AsyncVoidMethodBuilder.Create();    obj.MoveNext();}

SimpleAsyncTestObj：

[CompilerGenerated]private sealed class SimpleAsyncTestObj{    // Fields    private bool disposing;    public AsyncVoidMethodBuilder builder;    private int state;    public Action MoveNextDelegate;    private TaskAwaiter<string> awaiter;    public WebClient client;    public string result;    // Methods    [DebuggerHidden]    public SimpleAsyncTestObj(int state);    [DebuggerHidden]    public void Dispose();    public void MoveNext();}

可以看到async方法被转化成类，然后调用了 MoveNext() ，初始的 state == 0，第一次调用如果没有 IsCompleted 则注册 awaiter 的 OnCompleted 事件，绑定的还是 MoveNext 方法。等awaiter 回调时，状态==1，直接进入 Label_0086 部分的代码，用 GetResult() 获取结果。

public void MoveNext(){        try        {            string str;            bool flag = true;            if (this.state != 1)            {                if (this.state != -1)                {                    this.client = new WebClient();                    this.awaiter = this.client.DownloadStringTaskAsync("http://www.csdn.net").GetAwaiter<string>();                    if (this.awaiter.IsCompleted)                    {                        goto Label_0086;                    }                    this.state = 1;                    flag = false;                    this.awaiter.OnCompleted(this.MoveNextDelegate);                }                return;            }            this.state = 0;        Label_0086:            str = this.awaiter.GetResult();            this.awaiter = new TaskAwaiter<string>();            this.result = str;            Console.WriteLine("over");        }        catch (Exception exception)        {            this.state = -1;            this.builder.SetException(exception);            return;        }        this.state = -1;        this.builder.SetResult();}

如果方法中有多个 await 关键字的话，编译器生成的 MoveNext 则会是下面的样子：
public void MoveNext()
{
    switch (state)
    {
        case 1:
            ...
            state++;
            // 注册第一个await对应异步的回调处理：回调中，获取结果，并调用下一个异步
            break;
        case 2:
            ...
            state++;
            // 注册第二个await对应异步的回调处理：回调中，获取结果，并调用下一个异步
            break;
        case 3:
            ....
            state++;
            break;
         。。。
    }
}
通过回调把下一个异步串起来，这么看来确实有 yield return 的感觉。看到这里相信大家都看出来在使用 TAP 编程时，最重要的是进行Task的设计，比如：

static async void DoSomeWork(int i, string arg){    await new TaskFactory().StartNew(() =>    {        var random = new Random();        // 模拟复杂的处理        Thread.Sleep(i * 1000);        Console.WriteLine(arg + " end");    });}

还可以利用 TaskFactory.ContinueWhenAll / ContinueWhenAny 等特性编排 Task。 以实现更加灵活的异步编程。
更多的 CTP Sample 可以看这里： http://www.wischik.com/lu/AsyncSilverlight/AsyncSamples.html