C#中await/async异步编程采坑—async方法可能会同步执行

前言

在C# 5.0和.NET 4.5中，引入了基于await/async的异步编程模式，也称为“基于任务的异步编程模型 (TAP) ”。它有效地避免了异步任务回调嵌套的地狱，而且非常易于使用，但是深度理解它却比学会使用它要困难得多。

异步方法被同步执行的几种场景

await/async的异步方法一般会被分配到线程池中运行，也可以设置为启动新的线程执行，它一般不会阻塞当前调用的线程，例如：

async void DelayAsync()
{
    await Task.Delay(100);
}

void Delay()
{
    Thread.Sleep(100);
}

我们把Delay方法看作某一个耗时的方法，而DelayAsync可以算是它的异步版本，那么，在一个窗体程序中分别调用这两个方法：

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    for (int i = 0; i  50; i++)
    {
        DelayAsync();
    }
}

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
    for (int i = 0; i  50; i++)
    {
        Delay();
    }
}

从以上代码的执行会发现，点击button2时UI线程阻塞了5秒钟，而点击button1时则完全没有异样。
那么问题来了：async方法一定就会异步执行而不会阻塞线程吗？
答案是否定的！！！
为了解释async方法如何阻塞线程，下面我们构造一些场景来看这个问题。

同步执行场景一

考虑下面的FakeDelayAsync方法

async void FakeDelayAsync()
{
    Delay();
}

以上代码中，使用async关键字标记上了FakeDelayAsync方法，但内部实现却是一个同步的Delay方法。
调用这个方法时，会有两种可能：

• ×系统将Delay方法插入线程池执行，当前线程不会被阻塞，因为这个方法是async方法。
• √系统直接调用Delay，当前线程阻塞。
  实际执行一下，会发现执行FakeDelayAsync和直接执行Delay的表现是一样的，两者都是同步执行。实际上，在VisualStudio中打出这个方法时，就会有警告：

此异步方法缺少 “await” 运算符，将以同步方式运行。请考虑使用 “await” 运算符等待非阻止的 API 调用，或者使用 “await Task.Run(…)” 在后台线程上执行占用大量 CPU 的工作。

同步执行场景二

考虑下面的FakeDelayAsync2和FakeDelayAsync3方法

async Task FakeDelayAsync2()
{
    Delay();
}

async void FakeDelayAsync3()
{
    await FakeDelayAsync2();
}

在FakeDelayAsync3方法中，VisualStudio没有任何警告，那么在调用这个方法时，会有两种可能：

• ×系统将FakeDelayAsync2方法插入线程池执行，当前线程不会被阻塞，因为这个方法是async Task。
• √系统直接调用Delay，当前线程阻塞。
  实际执行以上代码，就会发现FakeDelayAsync3和Delay的表现还是一样的。即便VisualStudio在FakeDelayAsync3中没有给出任何的警告，但它调用FakeDelayAsync2方法仍然是同步执行的！！！

同步执行场景三

也许你会认为，FakeDelayAsync3中虽然没有警告，但FakeDelayAsync2中也有啊！那么，考虑下面的情形：

async Task HalfFakeDelayAsync(bool isAsync)
{
    if (isAsync)
    {
        Delay();
    }
    else
    {
        await Task.Delay(100);
    }
}

async void FakeDelayAsync4()
{
    await HalfFakeDelayAsync(true);
}

构建一个存在await关键字的HalfFakeDelayAsync方法，再在FakeDelayAsync4中调用它。
那么，调用FakeDelayAsync4方法时，即便VisualStudio完全没有给出任何警告，但是它依然是同步执行。

同步执行场景四

你也许会认为，上面的几个场景都是别有用心的构造出来的，或是因为“错误的”编程而导致async方法被同步执行的，那么，我们可以考察下面这个完全使用.NET Framework所提供async方法的例子：

async void FakeDelayAsync5()
{
    SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(int.MaxValue);
    for (int i = 0; i  10000000; i++)
    {
        await semaphore.WaitAsync();
    }
}

这个FakeDelayAsync5方法，仍然是同步执行的！！！

总结

总结以上四个场景，实际上，我们可以认为：

• 不论是async void还是async Task，不论VisualStudio有没有给出警告，都有可能以同步的方式执行，从而阻塞调用线程。
• 一个async void或者async Task究竟是否会以异步方式执行，取决于其本身内部逻辑是否会释放当前线程。
• 因此，被标记为async的方法，仅仅是异步的一个必要不充分条件。