考虑到使用Task.Run异步运行任何方法的能力，.Net Framework中的* Async方法的目的是什么？

Question

简短的问题：

为什么.Net Framework添加了很多* Async版本的方法而不是开发人员只是使用Task.Run来异步运行同步方法？

详细问题：

• 我理解异步性的概念。
• 我知道Tasks
• 我知道async / await关键字。
• 我知道.Net Framework中的* Async方法有什么用。

我不明白的是库中* Async方法的目的。

假设您有两行代码：

F1();
F2();

关于数据/控制流程，只有两种情况：

• F1结束后需要执行F2 。
• F2不需要等待F1完成。

我没有看到任何其他情况。 我没有看到任何一般需要知道执行某些功能的具体线程（除了UI）。 线程中代码的基本执行模式是同步的。 并行性需要多个线程。 异步性基于并行性和代码重新排序。 但基地仍然是同步的。

当F1的工作量很小时，差异无关紧要。 但是当A花费大量时间完成时，我们可能需要查看情况，如果F2不需要等待F1完成，我们可以与F2并行运行F1 。

很久以前我们使用线程/线程池来做到这一点。 现在我们有Tasks 。

如果我们想并行运行F1和F2 ，我们可以写：

var task1 = Task.Run(F1);
F2();

任务很酷，我们可以在最终需要完成任务的地方使用await 。

到目前为止，我认为没有必要制作F1Async()方法。

现在，我们来看一些特殊情况。 我看到的唯一真正特殊情况是UI。 UI线程是特殊的并且停止它会使UI冻结很糟糕。 正如我所看到的，Microsoft建议我们将UI事件处理程序标记为async 。 将方法标记为async意味着我们可以使用await关键字基本上在另一个线程上调度繁重的处理并释放UI线程，直到处理完成。

我不能再得到的是为什么我们需要任何* Async方法来等待它们。 我们总是可以写await Task.Run(F1); 。 为什么我们需要F1Async ？

你可能会说* Async方法使用一些特殊的魔法（比如处理外部信号），使它们比同步方法更有效。 事情是，我不认为这是事实。

我们来看看Stream.ReadAsync 。 如果你看一下源代码， ReadAsync只会浪费数百行铃声和口哨代码来创建一个只调用同步Read方法的任务。 那为什么我们需要呢？ 为什么不直接使用Task.Run使用Stream.Read ？

这就是为什么我不理解通过创建同步方法的普通*异步副本来膨胀库的原因。 MS甚至可以添加语法糖，这样我们就可以编写await async Stream.Read而不是await Stream.ReadAsync或Task.Run(Stream.Read) 。

现在您可能会问“为什么不使* Async方法成为唯一的方法并删除同步方法？”。 正如我之前所说，基本代码执行模式是同步的。 异步运行同步方法很容易，但不是另一种方式。

那么，.Net Framework中* Async方法的目的是什么，因为能够使用Task.Run异步运行任何方法？

PS如果非冻结UI非常重要，为什么不默认运行处理程序异步并防止任何冻结的可能性？

“无线程”论点：

回答这个问题的人似乎暗示* Async方法的优点是它们很有效，因为它们不会创建新线程。 问题是我没有看到这样的行为。 并行异步任务的行为与我想的一样 - 为每个并行任务创建（或从线程池中获取）线程（并非所有任务都是并行执行）。

这是我的测试代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Net.Http;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApplication32167 {
    class Program {
        static async Task TestAsync() {
            var httpClient = new HttpClient() { Timeout = TimeSpan.FromMinutes(20) };

            var tasks = Enumerable.Range(1, 100).Select((i) =>
                httpClient.GetStringAsync("http://localhost/SlowWebsite/"));

            Console.WriteLine("Threads before completion: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);

            await Task.WhenAll(tasks);

            Console.WriteLine("Threads after completion: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);
        }

        static void Main(string[] args) {
            Console.WriteLine("Threads at start: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);

            var timer = new Stopwatch();
            timer.Start();

            var testTask = TestAsync();

            var distinctThreadIds = new HashSet<int>();
            while (!testTask.IsCompleted) {
                var threadIds = Process.GetCurrentProcess().Threads.OfType<ProcessThread>().Select(thread => thread.Id).ToList();
                distinctThreadIds.UnionWith(threadIds);
                Console.WriteLine("Current thread count: {0}; Cumulative thread count: {1}.", threadIds.Count, distinctThreadIds.Count);
                Thread.Sleep(250);
            }

            testTask.Wait();

            Console.WriteLine(timer.Elapsed);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

此代码尝试运行100个HttpClient.GetStringAsync任务，向网站发出请求，需要1分钟才能响应。 同时，它计算活动线程的数量和进程创建的不同累积数量。 正如我所预测的，这个程序会创建许多新线程。 输出如下所示：

Current thread count: 4; Cumulative thread count: 4.
....
Current thread count: 25; Cumulative thread count: 25.
....
Current thread count: 7; Cumulative thread count: 63.
Current thread count: 9; Cumulative thread count: 65.
00:10:01.9981006

这意味着：

• 在异步任务执行过程中创建了61个新线程。
• 新活动线程的峰值数为21。
• 执行需要多10倍的时间（10分钟而不是1分钟）。 这是由本地IIS限制引起的。

Answer 1

将方法标记为异步意味着我们可以使用await关键字基本上在另一个线程上调度繁重的处理并释放UI线程，直到处理完成。

这根本不是async工作方式。 看我的async介绍 。

你可能会说* Async方法使用一些特殊的魔法（比如处理外部信号），使它们比同步方法更有效。 事情是，我不认为这是事实。

在纯异步代码中， 没有线程 （正如我在博客中解释的那样）。 实际上，在设备驱动程序级别， 所有 （非平凡的）I / O都是异步的。 它是同步API（在操作系统级别），它是自然异步API的抽象层。

我们来看看Stream.ReadAsync。

Stream是一个不寻常的案例。 作为基类，它必须尽可能地防止破坏性更改。 因此，当他们添加虚拟ReadAsync方法时，他们必须添加默认实现。 此实现必须使用非理想的实现（ Task.Run ），这是不幸的。 在理想的世界中， ReadAsync将（或调用）一个抽象的异步实现，但这会破坏Stream每个现有实现。

有关更恰当的示例，请比较WebClient和HttpClient之间的差异。

Answer 2

让我们做真实的测试：自然异步WebRequest.GetResponseAsync与非自然同步的WebRequest.GetResponse 。

首先，我们扩展ThreadPool的标准限制：

ThreadPool.SetMaxThreads(MAX_REQS * 2, MAX_REQS * 2);
ThreadPool.SetMinThreads(MAX_REQS, MAX_REQS);

注意我请求相同数量的workerThreads和completionPortThreads 。 然后我们将使用每个API对bing.com执行MAX_REQS = 200个并行请求。

代码 （一个独立的控制台应用程序）：

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Linq;
using System.Collections.Generic;
using System.Net;

namespace Console_21690385
{
    class Program
    {
        const int MAX_REQS = 200;

        // implement GetStringAsync
        static async Task<string> GetStringAsync(string url)
        {
            using (var response = await WebRequest.Create(url).GetResponseAsync())
            using (var stream = response.GetResponseStream())
            using (var reader = new System.IO.StreamReader(stream))
            {
                return await reader.ReadToEndAsync();
            }
        }

        // test using GetStringAsync
        static async Task TestWithGetStringAsync()
        {
            var tasks = Enumerable.Range(1, MAX_REQS).Select((i) =>
                GetStringAsync("http://www.bing.com/search?q=item1=" + i));

            Console.WriteLine("Threads before completion: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);

            await Task.WhenAll(tasks);

            Console.WriteLine("Threads after completion: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);
        }

        // implement GetStringSync
        static string GetStringSync(string url)
        {
            using (var response = WebRequest.Create(url).GetResponse())
            using (var stream = response.GetResponseStream())
            using (var reader = new System.IO.StreamReader(stream))
            {
                return reader.ReadToEnd();
            }
        }

        // test using GetStringSync
        static async Task TestWithGetStringSync()
        {
            var tasks = Enumerable.Range(1, MAX_REQS).Select((i) =>
                Task.Factory.StartNew(
                    () => GetStringSync("http://www.bing.com/search?q=item1=" + i),
                    CancellationToken.None, TaskCreationOptions.PreferFairness, TaskScheduler.Default));

            Console.WriteLine("Threads before completion: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);

            await Task.WhenAll(tasks);

            Console.WriteLine("Threads after completion: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);
        }

        // run either of the tests
        static void RunTest(Func<Task> runTest)
        {
            Console.WriteLine("Threads at start: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);

            var stopWatch = new Stopwatch();
            stopWatch.Start();

            var testTask = runTest();

            while (!testTask.IsCompleted)
            {
                Console.WriteLine("Currently threads: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count);
                Thread.Sleep(1000);
            }
            Console.WriteLine("Threads at end: " + Process.GetCurrentProcess().Threads.Count + ", time: " + stopWatch.Elapsed);

            testTask.Wait();
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMaxThreads(MAX_REQS * 2, MAX_REQS * 2);
            ThreadPool.SetMinThreads(MAX_REQS, MAX_REQS);

            Console.WriteLine("Testing using GetStringAsync");
            RunTest(TestWithGetStringAsync);
            Console.ReadLine();

            Console.WriteLine("Testing using GetStringSync");
            RunTest(TestWithGetStringSync);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

输出：

Testing using GetStringAsync
Threads at start: 3
Threads before completion: 3
Currently threads: 25
Currently threads: 84
Currently threads: 83
Currently threads: 83
Currently threads: 83
Currently threads: 83
Currently threads: 83
Currently threads: 84
Currently threads: 83
Currently threads: 83
Currently threads: 84
Currently threads: 84
Currently threads: 84
Currently threads: 83
Currently threads: 83
Currently threads: 84
Currently threads: 83
Currently threads: 82
Currently threads: 82
Currently threads: 82
Currently threads: 83
Currently threads: 25
Currently threads: 25
Currently threads: 26
Currently threads: 25
Currently threads: 25
Currently threads: 25
Currently threads: 23
Currently threads: 23
Currently threads: 24
Currently threads: 20
Currently threads: 20
Currently threads: 19
Currently threads: 19
Currently threads: 19
Currently threads: 19
Currently threads: 18
Currently threads: 19
Currently threads: 19
Currently threads: 19
Currently threads: 18
Currently threads: 18
Currently threads: 18
Currently threads: 19
Currently threads: 19
Currently threads: 18
Currently threads: 19
Currently threads: 19
Currently threads: 18
Currently threads: 18
Currently threads: 17
Threads after completion: 17
Threads at end: 17, time: 00:00:51.2605879

Testing using GetStringSync
Threads at start: 15
Threads before completion: 15
Currently threads: 55
Currently threads: 213
Currently threads: 213
Currently threads: 213
Currently threads: 213
Currently threads: 213
Currently threads: 213
Currently threads: 213
Currently threads: 213
Currently threads: 212
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 210
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 209
Currently threads: 205
Currently threads: 201
Currently threads: 196
Currently threads: 190
Currently threads: 186
Currently threads: 182
Threads after completion: 178
Threads at end: 173, time: 00:00:47.2603652

结果：

两个测试都需要大约50秒才能完成，但GetStringAsync在83个线程处达到峰值，而GetStringSync在213处执行MAX_REQS数字越高，阻塞的WebRequest.GetResponse API浪费的线程就越多。

@Ark-kun，我希望你现在明白这一点。