异步等待:主线程是否会挂起？

Question

我正在阅读有关 async/await 关键字的内容，其中提到：

当流程达到 await 标记时，调用线程将被挂起，直到调用完成。

好的，我创建了一个简单的 windows forms 应用程序，放置了两个标签、一个按钮和一个文本框，并编写了以下代码：

        private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            label1.Text = Thread.CurrentThread.ThreadState.ToString();
            button1.Text =  await DoWork();
            label2.Text = Thread.CurrentThread.ThreadState.ToString();
        }

        private Task<string> DoWork()
        {
            return Task.Run(() => {
                Thread.Sleep(10000);
                return "done with work";
            });            
        }

我不明白的是，当我点击按钮时，label1将显示文本Running，而标签将在10秒后显示相同的文本，但在这10秒钟里，我可以在文本框中输入文本，所以似乎主线程正在运行。

那么，async/await如何工作呢？

这是书中的“屏幕截图”：

敬礼

- Buda Gavril

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@Noseratio 我在Andrew Troelsen的《Pro C# 5.0和.NET 4.5 Framework》（第19章，第746页）中读到了这个。 - Buda Gavril

我刚开始阅读你提到的书籍章节，但是里面的每一个细节都是错误的。请抛弃这本书重新开始吧。 - Eric Lippert

参考文献是MSDN框架；浏览网站比获取框架文档的纸质副本更好。关于C#的好书都很棒：《深入理解C#》、《精通C#》、《C#语言精要》。我编辑了这三本，它们非常准确。 - Eric Lippert

太可怕了。 "这将导致调用线程睡眠" - 不是，它会导致工作线程睡眠。 "我将把这个字符串放入一个新任务中" - 不是，已经由“Run”创建的任务将获取该字符串。写这个东西的人就像编造东西一样。所有这些都不正确。就像作者想到了“我怎么实现这个功能？”然后描述了那个方法，而不是描述我们实际实现的功能。 - Eric Lippert

我有一篇介绍异步编程的博客文章async入门，希望可以帮助你，我试图用简单易懂的方式介绍异步/等待的概念，避免让你感到过于压抑。 - Stephen Cleary

Answer 1

我读到过这样的话：当逻辑流程达到"await"标记时，调用线程将被暂停，直到调用完成。

你在哪里读到了那些胡言乱语？要么有一些你没有引用的上下文，要么你应该停止阅读包含这个内容的任何文本。 await 的目的是做相反的事情。 await 的目的是让当前线程在异步任务正在运行时继续执行有用的工作。

更新：我下载了你提到的书。 该部分中绝对所有内容都是错误的。 扔掉这本书，买一本更好的书。

我不明白的是，当我点击按钮时，label1会显示文本“Running”，而只有在10秒钟后标签才会显示相同的文本，但是在这10秒钟内，我能够在我的文本框中输入文本，所以似乎主线程正在运行...

没错。以下是发生的情况：

        label1.Text = Thread.CurrentThread.ThreadState.ToString();

文本已设置。

        button1.Text =  await DoWork();

这里发生了很多事情。最先发生什么？DoWork被调用。它做了什么？

一堆东西在这里发生。最先发生什么？调用DoWork。它做了什么？

        return Task.Run(() => { Thread.Sleep(10000);

它从线程池中获取一个线程，使该线程休眠十秒钟，并返回一个表示该线程正在执行的“工作”的任务。

现在我们回到这里：

        button1.Text =  await DoWork();

我们手头上有一个任务。Await 首先检查该任务是否已经完成。它没有完成。然后，它将此方法的其余部分注册为任务的 continuation，然后返回给其调用者。

嘿，它的调用者是什么？我们怎么到这里来了？

一些代码调用了此事件处理程序；正在处理 Windows 消息的事件循环看到按钮被点击并分派到单击处理程序，它刚刚返回。

现在会发生什么？事件循环继续运行。您的 UI 保持良好运行，正如您所注意到的那样。最终，该线程计时了十秒钟，任务的 continuation 被激活。那会做什么呢？

它将一条消息发布到 Windows 队列中，说“你现在需要运行该事件处理程序的其余部分；我有你要查找的结果。”

主线程事件循环最终会到达该消息。因此，事件处理程序从中断处继续执行：

        button1.Text =  await DoWork();

现在，await从任务中提取结果，将其存储在按钮文本中，并返回到事件循环。

- Eric Lippert

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我已经附上了书中的“屏幕截图”...也许我理解错了...长话短说：当代码中遇到await关键字时，UI线程会继续运行，代码的执行被暂停，并在任务完成后继续进行，对吗？ - Buda Gavril

从头到尾关于async-await的部分，这本书完全是错误的。作者完全误解了它。把这本书扔掉，找一本更好的书。 - Eric Lippert

@BudaGavril：正确的：当await将控制权返回给调用者时，事件处理程序的执行被暂停，并在任务完成后的某个时间恢复。UI线程的执行仍然像往常一样继续进行。 - Eric Lippert

Answer 2

基本上，核心是程序执行在同步方式下继续，直到遇到 await 关键字为止。一旦遇到 await，假设对于任务 A，编译器将返回调用此异步方法的主方法 不使用 await 关键字，并从 Task A 的调用点继续执行程序，因为编译器知道它必须等待完成任务 A，所以为什么不完成其他挂起的任务呢。

在这里，发生的情况是 main 方法中没有等待 button1_Click 事件，因此一旦遇到 await DoWork()，程序将继续执行。在完成 DoWork() 后，编译器将继续执行 button1_Click 中的后续代码。

- Rajesh Kumar

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“button1_Click”事件在主方法中没有被等待。您是指应用程序的static void Main(string[] args)入口点吗？ - Theodor Zoulias

是的，这取决于应用程序的类型。基本上，无论从哪里调用button1_Click，都不会等待它完成。 - Rajesh Kumar

Answer 3

async/await 创建了一个状态机，为您处理继续操作。一个非常粗略的等价物（没有一堆特性）是显式的 continuation 方法，例如：

private void button1_Click_Continuation(string value)
{
    button1.Text = value;
    label2.Text = Thread.CurrentThread.ThreadState.ToString();
}

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    label1.Text = Thread.CurrentThread.ThreadState.ToString();
    DoWork(button1_Click_Continuation);
}

private void DoWork(Action<string> continuation)
{
    Task.Run(() => {
        Thread.Sleep(10000);
        continuation("done with work");
    });
}

请注意，我仍然使用Task.Run在单独的线程上运行。请注意，这个版本没有办法跟踪进度（而原始版本可以通过将button1_Click的返回值更改为Task来查看它是否已完成）。

除了上述转换之外，系统还智能地判断一个Task是否在UI线程上启动，并再次调度回UI线程，以确保一切都按照您的期望工作。这可能是您没有意识到的主要问题，但有时候对状态机方面进行扩展可以解释async/await的真正含义（而不是让它变得神秘）。

- Guvante

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那么你的意思是点击事件中的代码在另一个线程上运行？这可以解释为什么我能够在文本框中输入文本。但是如何从辅助线程更新UI呢？是否有一些文档说明，只要从异步方法（无需其他解决方法）更新UI就没有问题，考虑到你正在从辅助线程更新UI？ - Buda Gavril

@BudaGavril说：不行，绝对不可以。点击事件的代码在UI线程上运行；它是一个UI事件处理程序！等待操作会将控制权返回到消息循环；这就是为什么您的UI不会冻结的原因。您可能无法从第二个线程更新UI；您必须只能从UI线程更新UI。等待操作使其更容易实现，因为它让您更轻松地表达留在UI线程上的异步工作流程，或者其中的延续会自动地被调度回来。 - Eric Lippert

@BudaGavril：这个答案基本上是正确的，但最后一段话非常重要。在Task.Run中调用continuation并不会直接调用续体；它会导致续体在UI线程上运行，这是它应该所在的地方。请注意，在控制台应用程序中，情况并非如此；续体可能会被安排到工作线程上。 - Eric Lippert

Answer 4

通过编写await，您正在表达 - 请在此处停止方法的执行，等待DoWork完成，然后才继续。

在异步方法中发生了什么部分的C#中的异步编程中，有一步一步的解释和图片，说明了async方法中发生了什么。

更好的解释在C#参考文献中。请查看下面WaitSynchronously和WaitAsynchronouslyAsync的注释。

该文章还指出（重点是我的）：

在异步方法中，等待运算符应用于任务，以暂停方法的执行，直到等待的任务完成。该任务代表正在进行的工作。

private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // Call the method that runs asynchronously.
    string result = await WaitAsynchronouslyAsync();

    // Call the method that runs synchronously.
    //string result = await WaitSynchronously ();

    // Display the result.
    textBox1.Text += result;
}

// The following method runs asynchronously. The UI thread is not
// blocked during the delay. You can move or resize the Form1 window 
// while Task.Delay is running.
public async Task<string> WaitAsynchronouslyAsync()
{
    await Task.Delay(10000);
    return "Finished";
}

// The following method runs synchronously, despite the use of async.
// You cannot move or resize the Form1 window while Thread.Sleep
// is running because the UI thread is blocked.
public async Task<string> WaitSynchronously()
{
    // Add a using directive for System.Threading.
    Thread.Sleep(10000);
    return "Finished";
}

- tymtam

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所以 await 方法暂停了方法的执行，但主线程（UI）仍在运行？所以，“当程序流达到 await 标记时，调用线程会被暂停，直到调用完成。”这只是部分正确的吗？我的意思是并不是线程被暂停了，而只是从该方法中执行的代码被暂停了？ - Buda Gavril

@BudaGavril：await 暂停方法的执行，方法的剩余部分被注册为任务的继续，然后返回。所有这些工作都在 UI 线程上完成。UI 线程 永远不会 停止运行。该语句不是部分正确；从头到尾完全错误。await 的功能是防止UI线程阻塞，而不是导致它阻塞。 - Eric Lippert