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C# 中的Async 和 Await 的用法详解

news 来源：原创 2025/6/15 9:47:43

async/await 是 C# 中用于编写异步代码的语法糖，它基于 Task 和 Task<T> 实现，让异步代码看起来更像同步代码，提高了可读性和可维护性。

实例讲解

我们将采用控制台应用程序进行演示。

假设我们分别使用了两种方法，即Method 1和Method 2，这两种方法不相互依赖，而Method 1需要很长时间才能完成它的任务。在同步编程中，它将执行第一个Method 1，并等待该方法的完成，然后执行Method 2。

第一个例子

在这个例子中，我们将采取两个不相互依赖的方法。

    class Program{static void Main(string[] args){Method1();Method2();Console.ReadKey();}public static async Task Method1(){await Task.Run(() =>{for (int i = 0; i < 100; i++){Console.WriteLine(" Method 1");}});}public static void Method2(){for (int i = 0; i < 25; i++){Console.WriteLine(" Method 2");}}}

在上面给出的代码中，Method 1和Method 2不相互依赖，我们是从主方法调用的。

在这里，我们可以清楚地看到，方法1和方法2并不是在等待对方完成。

典型输出

主线程 ID: 1
进入 Method1 - 线程 ID: 1
Task.Run 内部 - 线程 ID: 4    // 线程池线程
进入 Method2 - 线程 ID: 1    // 主线程继续执行Method 2Method 2Method 1                   // 两个线程的输出交错Method 2Method 1...

第二个例子

如果任何第三个方法(如Method 3)都依赖于Method 1，那么它将在Wait关键字的帮助下等待Method 1的完成。我们将创建一个新的方法，作为CallMethod，在这个方法中，我们将调用我们的所有方法，分别为Method 1、Method 2和Method 3。

    class Program{static void Main(string[] args){callMethod();Console.ReadKey();}public static async void callMethod(){Task<int> task = Method1();Method2();int count = await task;Method3(count);}public static async Task<int> Method1(){int count = 0;await Task.Run(() =>{for (int i = 0; i < 100; i++){Console.WriteLine(" Method 1");count += 1;}});return count;}public static void Method2(){for (int i = 0; i < 25; i++){Console.WriteLine(" Method 2");}}public static void Method3(int count){Console.WriteLine("Total count is " + count);}}

在上面给出的代码中，Method 3需要一个参数，即Method 1的返回类型。在这里，await关键字对于等待Method 1任务的完成起着至关重要的作用。

典型输出

callMethod 线程: 1
进入 Method1 线程: 1
Task.Run 线程: 4                // 线程池线程执行循环
启动 Method2 线程: 1            // 主线程继续执行 Method2Method 2Method 1                      // 两个线程的输出交错Method 2Method 1...
等待结果的线程: 1
Method1 返回结果线程: 4
调用 Method3 线程: 1
Total count is 100

什么时候开始异步？

当被调用方法内部遇到第一个 await 时。如果方法内部没有await那么当前方法会同步执行。

假设你要开发一个桌面应用，点击按钮后下载文件并显示进度条。以下是关键代码：

private async void DownloadButton_Click(object sender, EventArgs e)
{// 1. 点击按钮，代码在 UI 线程执行progressBar.Value = 0;statusLabel.Text = "开始下载...";downloadButton.Enabled = false;try{// 2. 调用异步方法，注意这里有 await！await DownloadFileAsync("https://example.com/file.zip", new Progress<int>(percent => {// 5. 更新进度条的代码在 UI 线程执行progressBar.Value = percent;statusLabel.Text = $"下载中: {percent}%";}));statusLabel.Text = "下载完成!";}catch (Exception ex){statusLabel.Text = $"错误: {ex.Message}";}finally{downloadButton.Enabled = true;}
}private async Task DownloadFileAsync(string url, IProgress<int> progress)
{using var client = new HttpClient();// 3. 发起 HTTP 请求，这里是异步操作using var response = await client.GetAsync(url, HttpCompletionOption.ResponseHeadersRead);response.EnsureSuccessStatusCode();var totalBytes = response.Content.Headers.ContentLength;using var contentStream = await response.Content.ReadAsStreamAsync();// 创建本地文件流using var fileStream = new FileStream("downloaded_file.zip", FileMode.Create);var buffer = new byte[8192];var bytesRead = 0;var totalBytesRead = 0L;// 4. 循环读取数据并写入文件，整个过程异步执行while ((bytesRead = await contentStream.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length)) > 0){await fileStream.WriteAsync(buffer, 0, bytesRead);totalBytesRead += bytesRead;// 计算进度并报告if (totalBytes.HasValue && progress != null){var percent = (int)(100 * totalBytesRead / totalBytes.Value);progress.Report(percent);}}
}

执行流程详解

1. 初始状态

用户点击按钮，DownloadButton_Click 在 UI 线程 执行。
UI 更新（进度条归零、按钮禁用）。

2. 遇到 `await` 关键字

await DownloadFileAsync(...); // 关键点！

异步执行开始：DownloadFileAsync 方法被调用，但遇到第一个 await 时（如 client.GetAsync）：
- 释放当前线程（即 UI 线程），允许 UI 继续响应（如拖动窗口、点击其他按钮）。
- 返回一个未完成的 Task 给调用者。

3. 后台执行异步操作

网络请求：HttpClient.GetAsync 在 线程池线程 中执行（但无需手动管理线程）。
文件写入：fileStream.WriteAsync 和 contentStream.ReadAsync 同样在 线程池线程 中执行。

4. 进度更新如何回到 UI 线程？

progress.Report(percent); // 在下载方法中调用

自动上下文恢复：Progress<T> 的回调函数会自动在 UI 线程 执行（因为 DownloadButton_Click 最初在 UI 线程启动）。
无需手动同步：这是 async/await 的魔法之一！

5. 异步操作完成

当所有 await 操作完成后，DownloadButton_Click 从上次暂停的位置继续执行：
csharp
```
statusLabel.Text = "下载完成!"; // 回到 UI 线程执行
```

流程图：线程切换过程

用户点击按钮
↓
UI 线程执行 DownloadButton_Click()
↓
调用 DownloadFileAsync()
↓
遇到第一个 await (client.GetAsync)
├─ 释放 UI 线程，允许 UI 继续响应
└─ 在后台线程执行网络请求
↓
网络请求完成
↓
继续执行 DownloadFileAsync()
↓
循环读取文件数据 (ReadAsync/WriteAsync)
└─ 每次循环都在后台线程执行，不阻塞 UI
↓
进度更新 (progress.Report)
└─ 自动在 UI 线程执行回调
↓
所有 await 完成
↓
UI 线程继续执行 DownloadButton_Click() 的剩余代码