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发布时间： 2026-5-27

更新时间： 2026-05-28 15:58:07

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第二章：异步编程

01-什么是异步

想象一下，你正在做早饭。下面是你需要在做饭的时候完成的一些清单：

倒一杯咖啡。
加热锅，然后炒两个鸡蛋。
烹制三个薯饼。
烤两块面包。
将黄油和果酱涂抹在烤面包片上。
倒一杯橙汁。

你可以按照顺序，从1-6一件件完成这些事情。如果我们在这些任务上标注时间：

倒一杯咖啡。 (1分钟)
加热锅，然后炒两个鸡蛋。（5分钟）
烹制三个薯饼。（5分钟）
烤两块面包。（8分钟）
将黄油和果酱涂抹在烤面包片上。（1分钟）
倒一杯橙汁。（1分钟）

那么按照顺序来说，你的总用时为：1+5+5+8+1+1 = 21分钟。这种执行任务的方式在编程中称之为同步运行模式，也就是顺序执行每一项任务。下面是同步完成这些任务的代码实例：

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace AsyncBreakfast
{
    // 这些类有意留空，仅用于示例目的。它们只是用于演示的标记类，不包含任何属性，也没有其他用途。
    internal class HashBrown { }
    internal class Coffee { }
    internal class Egg { }
    internal class Juice { }
    internal class Toast { }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Coffee cup = PourCoffee();
            Console.WriteLine("咖啡已准备就绪");

            Egg eggs = FryEggs(2);
            Console.WriteLine("鸡蛋已准备就绪");

            HashBrown hashBrown = FryHashBrowns(3);
            Console.WriteLine("薯饼已准备就绪");

            Toast toast = ToastBread(2);
            ApplyButter(toast);
            ApplyJam(toast);
            Console.WriteLine("吐司已准备就绪");

            Juice oj = PourOJ();
            Console.WriteLine("橙汁已准备就绪");
            Console.WriteLine("早餐已全部准备完毕！");
        }

        private static Juice PourOJ()
        {
            Console.WriteLine("正在倒橙汁");
            return new Juice();
        }

        private static void ApplyJam(Toast toast) =>
            Console.WriteLine("正在给吐司抹果酱");

        private static void ApplyButter(Toast toast) =>
            Console.WriteLine("正在给吐司抹黄油");

        private static Toast ToastBread(int slices)
        {
            for (int slice = 0; slice < slices; slice++)
            {
                Console.WriteLine("将一片面包放入烤面包机");
            }
            Console.WriteLine("开始烤面包...");
            Task.Delay(3000).Wait();
            Console.WriteLine("从烤面包机中取出吐司");

            return new Toast();
        }

        private static HashBrown FryHashBrowns(int patties)
        {
            Console.WriteLine($"将 {patties} 个薯饼放入锅中");
            Console.WriteLine("正在煎薯饼的第一面...");
            Task.Delay(3000).Wait();
            for (int patty = 0; patty < patties; patty++)
            {
                Console.WriteLine("翻面煎薯饼");
            }
            Console.WriteLine("正在煎薯饼的第二面...");
            Task.Delay(3000).Wait();
            Console.WriteLine("将薯饼盛到盘子里");

            return new HashBrown();
        }

        private static Egg FryEggs(int howMany)
        {
            Console.WriteLine("正在加热煎蛋锅...");
            Task.Delay(3000).Wait();
            Console.WriteLine($"打了 {howMany} 个鸡蛋");
            Console.WriteLine("正在煎蛋...");
            Task.Delay(3000).Wait();
            Console.WriteLine("将煎蛋盛到盘子里");

            return new Egg();
        }

        private static Coffee PourCoffee()
        {
            Console.WriteLine("正在倒咖啡");
            return new Coffee();
        }
    }
}

这里使用Task.Delay(3000).Wait();来模拟完成任务的时候线程的阻塞情况。

异步顺序执行

但是你在做饭的时候，有些任务你不会傻傻的等着，我列出来这些任务：

加热锅，炒两个鸡蛋
烤两块面包

这些任务你可以等待他们完成，当然也可以在等待的时候做些什么其它的任务，例如：“在锅煎鸡蛋的时候定一个小闹钟/打个便签，然后去干其它的任务，这个闹钟响了，就表明鸡蛋熟了，那我们再把鸡蛋装到盘子上”最终这个煎鸡蛋的任务就完成了。

这里举的例子是微软中的例子，也就是认识异步的概念。

以我个人的理解来说：异步程序不会以阻塞线程的方式来完成任务(在面包机前面傻等)，当方法遇到需要等待的操作时，主动释放线程给其他方法，自己暂停等待(不在面包机前)。当等待的操作完成后，方法恢复在线程中继续执行(面包熟了，将面包放在盘子上)。

为了实现上述操作，引入了Task和await的概念：

Task：异步操作的表示。返回 Task 或 Task 的方法称之为异步方法。
await：遇到这个关键字会暂停当前方法，释放线程，等待后面的 Task 完成。

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace AsyncBreakfast
{
    internal class HashBrown { }
    internal class Coffee { }
    internal class Egg { }
    internal class Juice { }
    internal class Toast { }

    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            Coffee cup = PourCoffee();
            Console.WriteLine("咖啡已准备就绪");

            // 线性异步：虽然线程没死锁，但依然在“排队”做
            Egg eggs = await FryEggsAsync(2);
            Console.WriteLine("鸡蛋已准备就绪");

            HashBrown hashBrown = await FryHashBrownsAsync(3);
            Console.WriteLine("薯饼已准备就绪");

            Toast toast = await ToastBreadAsync(2);
            ApplyButter(toast);
            ApplyJam(toast);
            Console.WriteLine("吐司已准备就绪");

            Juice oj = PourOJ();
            Console.WriteLine("橙汁已准备就绪");
            Console.WriteLine("早餐已全部准备完毕！");
        }

        private static Juice PourOJ()
        {
            Console.WriteLine("正在倒橙汁");
            return new Juice();
        }

        private static void ApplyJam(Toast toast) =>
            Console.WriteLine("正在给吐司抹果酱");

        private static void ApplyButter(Toast toast) =>
            Console.WriteLine("正在给吐司抹黄油");

        private static async Task<Toast> ToastBreadAsync(int slices)
        {
            for (int slice = 0; slice < slices; slice++)
            {
                Console.WriteLine("将一片面包放入烤面包机");
            }
            Console.WriteLine("开始烤面包...");
            await Task.Delay(3000);
            Console.WriteLine("从烤面包机中取出吐司");

            return new Toast();
        }

        private static async Task<HashBrown> FryHashBrownsAsync(int patties)
        {
            Console.WriteLine($"将 {patties} 个薯饼放入锅中");
            Console.WriteLine("正在煎薯饼的第一面...");
            await Task.Delay(3000);
            for (int patty = 0; patty < patties; patty++)
            {
                Console.WriteLine("翻面煎薯饼");
            }
            Console.WriteLine("正在煎薯饼的第二面...");
            await Task.Delay(3000);
            Console.WriteLine("将薯饼盛到盘子里");

            return new HashBrown();
        }

        private static async Task<Egg> FryEggsAsync(int howMany)
        {
            Console.WriteLine("正在加热煎蛋锅...");
            await Task.Delay(3000);
            Console.WriteLine($"打了 {howMany} 个鸡蛋");
            Console.WriteLine("正在煎蛋...");
            await Task.Delay(3000);
            Console.WriteLine("将煎蛋盛到盘子里");

            return new Egg();
        }

        private static Coffee PourCoffee()
        {
            Console.WriteLine("正在倒咖啡");
            return new Coffee();
        }
    }
}

虽然引入了await，但是上述代码的执行顺序仍然不是异步的，结果依旧是顺序的：

不过与之前有些不同，举一个例子：

处理 breakfast 的线程，虽然还在按部就班地“一件一件做早餐”，但他的状态变了。

如果按照同步来说，当厨师在烤面包的时候，按照未引入await的状态，厨师只会看着烤箱烤完面包，不会受到外界的任何影响。这个时候如果外界，例如服务员问厨师完成烤面包了吗，厨师是不会回应的。这种叫做线程阻塞。
现在的异步线性版本，厨师把面包按进烤箱（启动了 await Task.Delay）。因为是异步的，厨师现在不用死死盯着烤箱了。他站在原地等面包弹出的这 3 秒内，如果前台服务员喊：“来新订单了！”，厨师可以转过头说：“收到！等我这个面包好了就做！”（这就是对干扰做出响应，线程没有被死锁，应用依然支持用户交互）。

但是，只要没有新的外来订单干扰，这个厨师依然会老老实实地站在原地等面包弹出（线程空出来了，但是没有任务），等拿到了吐司，他才会去开火煎鸡蛋。他自己不会主动去同时开两个炉子。

同时启动任务，实现异步操作

在前面的程序中，都是将Task和await连接使用，但实际情况下，这两个是可以分开的：

// 连接使用
Coffee cup = PourCoffee();
Console.WriteLine("咖啡已准备好");

Task<Egg> eggsTask = FryEggsAsync(2);
Egg eggs = await eggsTask; // 和task连
Console.WriteLine("鸡蛋已准备好");

Task<HashBrown> hashBrownTask = FryHashBrownsAsync(3);
HashBrown hashBrown = await hashBrownTask;// 和task连
Console.WriteLine("薯饼已准备好");

Task<Toast> toastTask = ToastBreadAsync(2);
Toast toast = await toastTask;// 和task连
ApplyButter(toast);
ApplyJam(toast);
Console.WriteLine("吐司已准备好");

Juice oj = PourOJ();
Console.WriteLine("橙汁已准备好");
Console.WriteLine("早餐已准备好！");

为了让所有异步任务同时启动，将所有Task和await分离，让所有Task一起启动，并在合适的位置进行await等待。

// 代码逻辑在死等吐司! 有烧焦风险
Coffee cup = PourCoffee();
Console.WriteLine("咖啡已准备好");

Task<Egg> eggsTask = FryEggsAsync(2);
Task<HashBrown> hashBrownTask = FryHashBrownsAsync(3);
Task<Toast> toastTask = ToastBreadAsync(2);

Toast toast = await toastTask;
ApplyButter(toast);
ApplyJam(toast);
Console.WriteLine("吐司已准备好");
Juice oj = PourOJ();
Console.WriteLine("橙汁已准备好");

Egg eggs = await eggsTask;
Console.WriteLine("鸡蛋已准备好");
HashBrown hashBrown = await hashBrownTask;
Console.WriteLine("薯饼已准备好");

Console.WriteLine("早餐已准备好！");

现在是多个异步任务同时启动，每个任务执行到 await 时会暂停并释放线程；当await的操作完成后，任务会被重新调度继续执行。多个任务的恢复顺序取决于等待操作何时完成，而不是线程一直在它们之间来回切换。

现在速度稍微会快一些，因为有些操作是在同步运行。

此图显示了准备早餐的说明，其中包括在大约 20 分钟内完成的 8 项异步任务，不幸的是，鸡蛋和土豆饼烤焦了。

问题一：任务异步关系关联

问题二：在执行新的任务时，之前await的任务需要的数据传输到了，这个时候异步程序会如何

02-异步的基础用法

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作者: Chara_a

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