使用 async/await 进行异步网络编程答案

【问题标题】：Asynchronous network programming with async/await使用 async/await 进行异步网络编程
【发布时间】：2015-03-16 12:49:56
【问题描述】：

在过去的几年中，我使用异步编程模型和套接字开发了客户端/服务器软件。 MSDN 上的这个 example 尽管与 ManualResetEvents 等同步机制过于复杂，但说明了这些概念：您使用 BeginXXX() 和 EndXXX() 方法对进行连接和流操作。

这样做的好处是让线程池根据需要（例如，当接收到数据时）分配线程，而不是为每个连接分配一个专用线程，这无法扩展。

最近有人提到，这种方法也可以使用 .NET 4.5 中引入的 async/await 模型来实现，因此在这种情况下使用 Tasks 并使 APM 变得不必要。这是怎么做到的？

【问题讨论】：

这是怎么做的你问的是async-await的实现细节吗？
我在问如何使用 TAP 而不是 APM 来解决相同的问题（即实现异步网络编程）。
恐怕不行；答案太笼统了，并没有解决我所问的网络编程的具体问题。也许您可以将其添加到您的答案中，在这种情况下就可以了。
您应该更具体地说明您所指的网络编程。
如果您能说明我的问题不清楚的地方，我会很乐意相应地安排。

标签： c# asynchronous network-programming client-server async-await

【解决方案1】：

Task Asynchronous Pattern 及其使用的关键字 async-await 让您可以使用异步 I/O（如您所说），但以“更清洁”的方式。

除了使用BeginXXX 和EndXXX 方法并在彼此之间传递回调，您可以简单地在返回等待的异步方法上使用await（Task 就是其中的一个示例）。

例如，让我们用HttpClient做一个例子：

public async Task DoGetWebRequestAsync()
{
    var httpClient = new HttpClient();
    await httpClient.GetAsync(url);
}

一旦方法命中await关键字，它将把控制权交还给调用方法，在幕后创建一个状态机（它将负责执行延续，传播异常，等）并在 IO 工作完成后通过 IOCP（IO 完成端口，由 ThreadPool 分配）恢复。

TAP 还提供了一种使用 TaskFactory.FromAsync 将旧 APM 模式转换为 TAP 的方法：

FileInfo fi = new FileInfo(path);
byte[] data = null;
data = new byte[fi.Length];

FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read,
                               FileShare.Read, data.Length, true);

//Task<int> returns the number of bytes read
Task<int> task = Task<int>.Factory.FromAsync(
        fs.BeginRead, fs.EndRead, data, 0, data.Length, null);

编辑：

async的使用方法很简单。例如，FileStream:

public async Task<byte[]> ReadBufferAsync(string path)
{
    FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read,
                                FileShare.Read, data.Length, true);

    // Read some bytes, not all, just for the example.
    byte[] buffer = new byte[2048];
    await fs.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);

    return buffer;
}

您将方法标记为async，以便您可以在其中使用await 关键字，然后在读取的方法上简单地使用await。

【讨论】：

我知道 TAP 是如何工作的；我只需要知道它是如何应用于网络编程的（例如：在 APM 中，您递归调用 BeginRead() 来接收数据；使用 TAP 是如何完成的）？
您的示例仍然是关于文件处理的（而我专门询问了网络编程）。此外，您很可能无法轻松地使用 await 来读取数据，因为您会阻止同时处理多条消息。
@Gigi 为什么你认为你不能同时阅读多条消息？此外，API 本身不是问题，而是您使用async 的方式。如果您想使用特定的库，您应该这样说
@Gigi BTW - 我的第一个示例使用HttpClient。如果那不是您想要的，那么您需要更好地解释自己。

【解决方案2】：

其实Socket类支持的旧APM使用了一个特殊的线程池，IOCP（“I/O Completion Port”）线程池，而不是“收到数据时”分配线程，实际上是分配线程因为 I/O 操作是启动的，但是以一种允许单个线程（或少量线程……例如，与系统上的内核一样多）处理大量套接字对象的方式和操作。

至于如何使用新的async/await 样式API，不幸的是Socket 类没有得到任何直接async 的喜爱。然而，所有的包装器都做到了。最直接的替换是使用NetworkStream 类，并使用ReadAsync() 和WriteAsync()，它们是可等待的方法。

如果您仍想（基本上）直接使用Socket API，您必须自己使用可等待的实现来包装它。恕我直言，这里是一个很好的资源，可以解释一种可能的方法：Awaiting Socket Operations

【讨论】：