跟着AI学习C# Day26

📅 Day 26:C# 异步编程进阶

✅ 学习目标:

  • 深入理解 async/await 的底层机制;
  • 掌握 ConfigureAwait(false) 的作用与使用场景;
  • 避免异步死锁,理解同步上下文(Synchronization Context);
  • 掌握并行任务处理技巧(Parallel, PLINQ);
  • 使用 ValueTask 替代 Task 提升性能;
  • 构建高性能的异步 API;
  • 编写一个结合多个异步优化技巧的示例程序(如高并发网络爬虫)。

🧠 一、回顾 async/await 基础知识

asyncawait 是什么?

  • async 标记方法为异步方法;
  • await 用于等待异步操作完成而不阻塞线程。
csharp 复制代码
public async Task<string> DownloadAsStringAsync(string url)
{
    using var client = new HttpClient();
    return await client.GetStringAsync(url);
}

✅ 状态机原理简述:

编译器会将 async 方法转换为状态机对象(IAsyncStateMachine),自动管理异步流程和上下文切换。


🔁 二、ConfigureAwait(false) 的意义与使用

✅ 默认行为(不加 ConfigureAwait(false)

在 UI 应用中(如 WPF、WinForms),默认会捕获当前的 SynchronizationContext,以便 await 后继续回到 UI 线程执行后续代码。

❗️问题:可能导致死锁!

如果你在 UI 线程调用了 .Result.Wait(),而异步方法又试图回到 UI 线程,就会发生死锁。

✅ 正确做法:库方法应使用 ConfigureAwait(false)

csharp 复制代码
public async Task<string> GetDataAsync()
{
    string result = await SomeNetworkCallAsync().ConfigureAwait(false);
    return Process(result);
}

⚠️ 在类库中始终使用 ConfigureAwait(false),除非你明确需要返回到特定上下文(如 UI)。


💀 三、避免异步死锁

❌ 错误写法(UI 线程中):

csharp 复制代码
var result = GetDataAsync().Result;

这会导致主线程被阻塞,并且 await 后想回到这个线程,但该线程正等着结果,导致死锁。

✅ 正确写法:

csharp 复制代码
var result = await GetDataAsync();

或者,在非 UI 场景中使用:

csharp 复制代码
Task.Run(async () => await GetDataAsync()).Wait();

🧩 四、并行任务处理(Parallel & PLINQ)

Parallel.For / Parallel.ForEach

适用于 CPU 密集型任务的并行执行。

csharp 复制代码
Parallel.For(0, 10, i =>
{
    Console.WriteLine($"处理 {i},线程ID:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
});

✅ PLINQ(Parallel LINQ)

并行查询,适合大数据集合处理:

csharp 复制代码
var numbers = Enumerable.Range(1, 1000000);

var result = numbers.AsParallel()
                    .Where(n => n % 3 == 0)
                    .Sum();

Console.WriteLine("总和:" + result);

🧱 五、ValueTask vs Task(.NET Core 2.1+)

Task<T> 的缺点:

每次调用都会分配内存(堆上创建对象),对高频调用或热路径有性能影响。

ValueTask<T> 的优势:

  • 如果结果已知(缓存命中、立即完成),则不分配;
  • 适用于"大多数快速完成"的异步操作。
csharp 复制代码
public ValueTask<int> GetCachedValueAsync()
{
    if (_cache.HasValue)
        return new ValueTask<int>(_cache.Value);
    else
        return new ValueTask<int>(GetValueFromNetworkAsync());
}

✅ 注意:不能多次 await,否则可能抛出异常。


🔄 六、自定义异步状态机(高级)

你可以通过实现 IValueTaskSource<TResult> 来构建自己的 ValueTask 实现,但这通常只在高性能框架开发中使用。

示例略(复杂度较高,需深入理解状态机机制)。


🧪 七、实战练习:高并发网页爬虫

功能要求:

  • 并发下载多个网页;
  • 使用 HttpClient 异步请求;
  • 避免死锁;
  • 使用 ValueTask 缓存热门页面;
  • 支持配置最大并发数;
  • 输出各页面大小。
示例代码框架:
csharp 复制代码
class WebCrawler
{
    private readonly HttpClient _client = new();
    private readonly ConcurrentDictionary<string, string> _cache = new();

    public async Task<int> CrawlPageAsync(string url)
    {
        // 使用缓存
        if (_cache.TryGetValue(url, out var cached))
            return cached.Length;

        // 下载网页
        string content = await _client.GetStringAsync(url).ConfigureAwait(false);
        _cache.TryAdd(url, content);

        return content.Length;
    }

    public async Task RunAsync(IEnumerable<string> urls)
    {
        var tasks = urls.Select(url =>
            Task.Run(async () =>
            {
                int length = await CrawlPageAsync(url).ConfigureAwait(false);
                Console.WriteLine($"{url} 长度:{length}");
            }));

        await Task.WhenAll(tasks);
    }
}

📝 小结

今天你学会了:

  • ConfigureAwait(false) 的作用与使用时机;
  • 如何避免异步死锁;
  • 使用 ParallelPLINQ 实现并行任务;
  • ValueTask 的优势及其适用场景;
  • 自定义异步状态机的基本概念;
  • 编写了一个高并发网页爬虫的异步优化示例。

掌握这些高级异步编程技巧,能显著提升应用程序的响应性、吞吐量和资源利用率,尤其在 Web API、微服务、桌面应用等场景中尤为重要。


🧩 下一步学习方向(Day 27)

明天我们将进入一个新的主题 ------ C# 中的反射(Reflection)与元编程,你将学会:

  • 如何在运行时动态加载类型、调用方法;
  • 获取类成员信息(属性、方法、构造函数);
  • 使用 System.Reflection.Emit 创建动态程序集;
  • 反射在依赖注入、序列化、ORM 等框架中的应用;
  • 性能优化技巧(缓存反射结果、使用表达式树代替 Invoke);
  • 编写一个基于反射的通用对象克隆器。
相关推荐
歪歪1001 小时前
HTML 如何转 Markdown
开发语言·chrome·python·程序人生·html
小坏坏的大世界1 小时前
C++中多线程和互斥锁的基本使用
开发语言·c++
路由侠内网穿透2 小时前
本地部署 SQLite 数据库管理工具 SQLite Browser ( Web ) 并实现外部访问
运维·服务器·开发语言·前端·数据库·sqlite
王者鳜錸2 小时前
PYTHON从入门到实践-18Django模版渲染
开发语言·python·django
F_D_Z2 小时前
【感知机】感知机(perceptron)模型与几何解释
学习·算法·支持向量机
Hard but lovely2 小时前
C++ STL--> vector的模拟实现!
开发语言·c++
hweiyu002 小时前
IDEA搭建GO环境
开发语言·后端·golang·intellij-idea·idea·intellij idea
归辞...3 小时前
「iOS」————单例与代理
开发语言·javascript·ios
慕y2743 小时前
Java学习第一百一十部分——CI/CD
java·学习·ci/cd
Asu52024 小时前
思途AOP学习笔记 0806
java·sql·学习·mybatis