【.NET Core】深入理解异步编程模型（APM）

一、APM概述

APM英文是Asynchronous Programming Model是net 1.0时期就提出的一种异步模式，并基于IAsyncResult接口实现Beginxxx和Endxxx的两个方法来实现的，Beginxxx方法是开始异步操作，Endxxx方法是结束异步操作。

在调用Beginxxx后，应用程序可以继续在调用线程上执行指令，同时异步操作在另一个线程上执行。每次调用Beginxxx时，应用程序还应调用Endxxx来获取操作的结果。

public class Budget
{
    public delegate string FindBudgetDelegate();
    public string FindBudget() 
    {
        Thread.Sleep(20000);
        return $"2024年财年预算-预算科目编制.";
    }
}

IAsyncResult实现APM

static void Main(string[] args)
{
    Budget budget =new Budget();
    Budget.FindBudgetDelegate findBudgetDelegate  =budget.FindBudget;
    IAsyncResult asyncResult =   findBudgetDelegate.BeginInvoke(null,null);
    string response =  findBudgetDelegate.EndInvoke(asyncResult);
    Console.WriteLine(response);
}

二、IAsyncResult接口

接口IAsyncResult由包含可异步操作的方法的类实现。它是启动操作的方法的返回类型。IAsyncResult当异步操作完成时，对象会传递给委托调用AsyncCallback的方法。使用.NET可以以异步方法调用任何方法。首先，需要定义一个委托，该委托具有与调用的方法相同的签名。公共语言运行时将自动用适当的签名为此委托定义BeginInvoke和EndInvoke方法。

2.1 BeginInvoke

BeginInvoke方法启动异步调用。该方法具有与你要异步的方法相同的参数，另加两个可选参数。第一个参数是一个AsyncCallBack委托。此委托引用在异步调用完成时要调用的方法。第二个参数是一个用户定义的对象，该对象将信息传递到回调方法。BeginInvoke将立即返回，而不会等待异步调用完成。BeginInvoke返回可用于监视异步调用的进度的IAsyncResult。

2.2 EndInvoke

EndInvoke方法用于检索异步调用的结果。它可以在调用BeginInvoke之后的任意时间调用。如果异步调用尚未结束，那么EndInvoke将阻止调用线程，直到完成异步调用。EndInvoke的参数包括要异步执行的方法的out和ref参数。

2.3 IAsyncResult属性

序号	属性	说明
1	AsyncState	获取一个用户定义的对象，该对象限定或包含有关异步操作的信息
2	AsyncWaitHandle	获取用于等待异步操作完成的WaitHandle
3	CompletedSynchronously	获取一个值，该值指示异步操作是否同步完成
4	IsCompleted	获取一个值，该值指示异步操作是否完成

2.4 IAsyncResult异步演示

static void Main(string[] args)
{
     Budget budget =new Budget();
     Budget.FindBudgetDelegate findBudgetDelegate  =budget.FindBudget;
     IAsyncResult asyncResult =   findBudgetDelegate.BeginInvoke(new AsyncCallback(FindOneAsyncCallBack),null);
     Console.WriteLine("BeginInvoke异步开始");
     Console.WriteLine($"当前主线程{Thread.CurrentThread.Name}");
     Console.WriteLine($"Main->{asyncResult.AsyncState}");
     Console.WriteLine("WaitOne");
     Console.ReadKey();
}

static void FindOneAsyncCallBack(IAsyncResult asyncResult) 
{
     Budget.FindBudgetDelegate budgetDelegate =   ((AsyncResult)asyncResult).AsyncDelegate as Budget.FindBudgetDelegate;
     Console.WriteLine(budgetDelegate.EndInvoke(asyncResult));
     Console.WriteLine($"FindOneAsyncCallBack->{asyncResult.AsyncState}");
}

三、通过结束异步操作来阻止应用程序执行

如果应用无法在等待异步操作结果期间继续执行其他工作，必须阻止应用一直到操作完成。可以使用下列方法之一，在应用等待异步操作完成期间阻止应用的主程序：

• 调用异步操作的EndOperationName方法。
• 使用异步操作的BeginOperationName方法返回的IAsyncResult的AsyncWaitHandle属性。

在异步操作完成前使用EndOperationName方法阻止的应用程序，通常会调用BeginOperationName方法，执行任何不需要等待操作结果也可以执行的工作，然后调用EndOperationName。

static void Main(string[] args)
{
    Budget budget =new Budget();
    Budget.FindBudgetDelegate findBudgetDelegate  =budget.FindBudget;
    IAsyncResult asyncResult =   findBudgetDelegate.BeginInvoke(null,null);
    string response =  findBudgetDelegate.EndInvoke(asyncResult);
    Console.WriteLine(response);
}

四、使用AsyncWaitHandle阻止应用程序的执行

在异步操作完成前使用一个或多个WaitHandle对象阻止的应用，通常会调用BeginOperationName方法,执行任何不需要等待操作结果也可以执行的工作，并在一个或多个异常操作完成前一直处于阻止状态。可以使用AsyncWaitHandle调用WaitOne方法之一，对单一操作阻止应用。若要在等待一组异步操作完成期间阻止应用，请将关联的AsyncWaitHandle对象存储到数组中，并调用WaitAll方法之一。若要在等待一组异步操作中任一操作完成期间阻止应用。请将关联的AsyncWaitHandle对象存储到数组中，并调用WaitAny方法之一。

static void Main(string[] args)
{
    Budget budget =new Budget();
    Budget.FindBudgetDelegate findBudgetDelegate  =budget.FindBudget;
    IAsyncResult asyncResult =   findBudgetDelegate.BeginInvoke(null,null);
    // Wait until the operation completes
    asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();
    string response =  findBudgetDelegate.EndInvoke(asyncResult);
    Console.WriteLine(response);
}

五、轮询异步操作的状态

如果应用可以在等待异步操作结果期间继续执行其他工作，不得阻止应用一直到操作完成。请使用下列方法之一，在应用等待异步操作完成期间继续执行指令：

• 使用返回IAsyncResult的IsCompleted属性，确定操作是否已完成。这种方法称为"轮询"。
• 使用AsyncCallBack委托，在单独的线程中处理异步操作结果。

六、总结

使用委托可通过异步方式调用同步方法。 如果同步调用委托，Invoke 方法将在当前线程上直接调用目标方法。 如果调用 BeginInvoke 方法，公共语言运行时 (CLR) 将对请求进行排队并立即返回给调用方。 目标方法将在线程池中的某个线程上异步调用。 提交请求的原始线程可以不受限制地继续与目标方法并行执行。 如果已在对 BeginInvoke 方法的调用中指定回叫方法，则目标方法结束时，将调用回叫方法。 在回叫方法中，EndInvoke 方法将获取返回值和所有输入/输出或仅输出参数。 如果调用 BeginInvoke 时未指定回叫方法，则可能从调用 BeginInvoke 的线程上调用 EndInvoke。