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C# 异步编程：提高应用程序效率的关键

news 2025/8/15 14:50:28

C# 异步编程：提高应用程序效率的关键

在现代应用程序中，性能和用户体验是至关重要的。特别是在处理 I/O 密集型操作（如文件读取、网络请求、数据库查询等）时，传统的同步编程方式往往会阻塞主线程，导致应用程序变得迟缓。而异步编程技术则提供了一种有效的解决方案，通过不阻塞主线程，提高了应用程序的响应性和吞吐量。

在本文中，我们将深入探讨 C# 中的异步编程，了解它的工作原理以及如何在实际项目中使用它来优化代码性能。

1. 异步编程的概念

异步编程是一种编程模型，它允许程序在执行耗时操作时不阻塞主线程。与同步编程不同，异步编程能够让程序在等待某个操作完成时继续执行其他任务，这样可以提高程序的响应速度。

同步 vs 异步

同步：程序按顺序逐行执行，每行代码执行完毕后才能执行下一行。当一个任务需要等待某些外部操作时（比如网络请求或文件读取），整个程序都会被阻塞。
异步：程序在启动一个耗时操作时不会等待它完成，而是继续执行后续任务，直到该操作完成并返回结果。通过这种方式，可以最大化 CPU 的利用率，提高程序的响应性。

2. C# 中的异步编程关键字

在 C# 中，异步编程是通过 async 和 await 关键字来实现的。

async：将一个方法标记为异步方法，表示该方法包含异步操作，返回类型通常是 Task 或 Task<T>，而不是直接返回结果。
await：等待一个异步任务完成，通常与 Task 一起使用。当执行到 await 关键字时，程序会异步地等待任务完成，并在完成后恢复执行。

3. 基本的异步编程示例

让我们先来看一个简单的异步编程示例。

using System;
using System.Threading.Tasks;class Program
{static async Task Main(string[] args){Console.WriteLine("开始执行异步任务");// 异步执行任务await Task1();await Task2();Console.WriteLine("异步任务执行完成");}static async Task Task1(){await Task.Delay(2000); // 模拟耗时操作Console.WriteLine("任务 1 完成");}static async Task Task2(){await Task.Delay(1000); // 模拟耗时操作Console.WriteLine("任务 2 完成");}
}

代码说明：

Main 方法是异步方法，使用 async 修饰，并返回一个 Task 对象。
Task1 和 Task2 方法也是异步的，分别模拟了一个耗时的操作，通过 Task.Delay 来实现。
使用 await 等待 Task1 和 Task2 的执行完成。

4. 并行执行多个异步任务

有时我们希望并行执行多个异步任务，而不是一个接一个地执行。可以使用 Task.WhenAll 来同时启动多个异步任务，并在所有任务完成后继续执行。

using System;
using System.Threading.Tasks;class Program
{static async Task Main(string[] args){Console.WriteLine("开始并行执行任务");// 并行执行多个异步任务await Task.WhenAll(Task1(), Task2());Console.WriteLine("所有任务执行完成");}static async Task Task1(){await Task.Delay(2000); // 模拟耗时操作Console.WriteLine("任务 1 完成");}static async Task Task2(){await Task.Delay(1000); // 模拟耗时操作Console.WriteLine("任务 2 完成");}
}

代码说明：

Task.WhenAll 用来并行执行多个异步任务。Task1 和 Task2 会同时开始执行，Main 方法会等待它们都完成之后才会继续执行。

5. 异常处理

在异步编程中，异常的处理与同步代码有所不同。你需要在异步方法中使用 try-catch 来捕获异常。

using System;
using System.Threading.Tasks;class Program
{static async Task Main(string[] args){try{await Task1();await Task2();}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"捕获到异常: {ex.Message}");}}static async Task Task1(){await Task.Delay(2000); // 模拟耗时操作Console.WriteLine("任务 1 完成");}static async Task Task2(){await Task.Delay(1000); // 模拟耗时操作throw new Exception("任务 2 失败");}
}