Asynchrone Programmierung mit Async und Await (Visual Basic)

Sie können Leistungsengpässe vermeiden und die Reaktionsfähigkeit der Anwendung insgesamt verbessern, indem Sie asynchrone Programmierung verwenden. Allerdings können herkömmliche Verfahren zum Schreiben von asynchronen Anwendungen kompliziert sein, weshalb es schwierig ist, diese Anwendungen zu schreiben, zu debuggen und zu verwalten.

Visual Studio 2012 wurde ein vereinfachter Ansatz eingeführt, die asynchrone Programmierung, die asynchrone Unterstützung im .NET Framework 4.5 und höher sowie im Windows-Runtime nutzt. Der Compiler übernimmt die schwierige Arbeit, die zuvor vom Entwickler ausgeführt wurde, und die Anwendung behält eine logische Struktur bei, die synchronem Code ähnelt. So erhalten Sie alle Vorteile der asynchronen Programmierung mit einem Bruchteil des Aufwands.

Dieses Thema enthält eine Übersicht über die Verwendungsmöglichkeiten der asynchronen Programmierung sowie Links zu Supportthemen, die weitere Informationen und Beispiele enthalten.

Async verbessert die Reaktionsfähigkeit

Asynchronie ist wesentlich für potenziell blockierende Aktivitäten, z. B. wenn die Anwendung auf das Internet zugreift. Der Zugriff auf eine Webressource ist manchmal langsam oder verzögert. Wenn eine solche Aktivität innerhalb eines synchronen Prozesses blockiert wird, muss die gesamte Anwendung warten. In einem asynchronen Prozess kann die Anwendung mit anderer Arbeit fortfahren, die nicht von der Webressource abhängig ist, bis die potenziell blockierende Aufgabe beendet ist.

In der folgenden Tabelle werden typische Bereichen angezeigt, in denen die asynchrone Programmierung die Reaktionsfähigkeit verbessert. Die aufgeführten APIs aus der .NET Framework 4.5 und der Windows-Runtime Methoden enthalten, die asynchrone Programmierung unterstützen.

Anwendungsbereich Unterstützende APIs, die asynchrone Methoden enthalten
Webzugriff HttpClient, SyndicationClient
Arbeiten mit Dateien StorageFile, StreamWriter, StreamReader, XmlReader
Arbeiten mit Bildern MediaCapture, BitmapEncoder, BitmapDecoder
WCF-Programmierung Synchrone und asynchrone Vorgänge

Asynchronität erweist sich als besonders nützlich bei Prozessen, die durch den UI-Thread ausgeführt werden, da sämtliche auf die Benutzeroberfläche bezogenen Aktivitäten sich gemeinhin diesen Thread teilen. Ist ein Prozess in einer synchronen Anwendung blockiert, werden alle blockiert. Die Anwendung reagiert nicht mehr, und Sie denken möglicherweise, es sei ein Fehler aufgetreten, wenn die Anwendung tatsächlich nur wartet.

Wenn Sie asynchrone Methoden verwenden, reagiert die Anwendung weiterhin auf die Benutzeroberfläche. Sie können beispielsweise die Fenstergröße ändern, das Fenster minimieren oder die Anwendung schließen, wenn Sie nicht warten möchten, bis sie fertig ist.

Durch den auf Asynchronie basierenden Ansatz wird eine Entsprechung für die automatische Übertragung an die Liste der Optionen hinzugefügt, die beim Entwerfen von asynchronen Vorgängen zur Auswahl stehen. Sie erhalten also alle Vorteile der herkömmlichen asynchronen Programmierung, der Aufwand des Entwicklers ist jedoch wesentlich geringer.

Asynchrone Methoden sind einfacher zu schreiben

Die Schlüsselwörter Async und Await in Visual Basic sind der Kern der asynchronen Programmierung. Wenn Sie diese beiden Schlüsselwörter verwenden, können Sie eine asynchrone Methode mithilfe von Ressourcen in .NET Framework oder Windows-Runtime fast genauso einfach erstellen wie eine synchrone Methode. Asynchrone Methoden, die Sie unter Verwendung von Async und Await definieren, werden als async-Methoden bezeichnet.

Das folgende Beispiel zeigt eine Async-Methode. Fast der gesamte Code sollte Ihnen bekannt vorkommen. Die Kommentare rufen die von Ihnen hinzugefügten Funktionen auf, um die Asynchronie zu erstellen.

Eine vollständige WPF-Beispieldatei (Windows Presentation Foundation) finden Sie am Ende dieses Themas, und Sie können das Beispiel hier herunterladen: Async Sample: Example from "Asynchronous Programming with Async and Await" (Asynchrones Beispiel aus der asynchronen Programmierung mit „async“ und „await“).

' Three things to note about writing an Async Function:
'  - The function has an Async modifier.
'  - Its return type is Task or Task(Of T). (See "Return Types" section.)
'  - As a matter of convention, its name ends in "Async".
Async Function AccessTheWebAsync() As Task(Of Integer)
    Using client As New HttpClient()
        ' Call and await separately.
        '  - AccessTheWebAsync can do other things while GetStringAsync is also running.
        '  - getStringTask stores the task we get from the call to GetStringAsync.
        '  - Task(Of String) means it is a task which returns a String when it is done.
        Dim getStringTask As Task(Of String) =
            client.GetStringAsync("https://docs.microsoft.com/dotnet")
        ' You can do other work here that doesn't rely on the string from GetStringAsync.
        DoIndependentWork()
        ' The Await operator suspends AccessTheWebAsync.
        '  - AccessTheWebAsync does not continue until getStringTask is complete.
        '  - Meanwhile, control returns to the caller of AccessTheWebAsync.
        '  - Control resumes here when getStringTask is complete.
        '  - The Await operator then retrieves the String result from getStringTask.
        Dim urlContents As String = Await getStringTask
        ' The Return statement specifies an Integer result.
        ' A method which awaits AccessTheWebAsync receives the Length value.
        Return urlContents.Length

    End Using

End Function

Wenn für AccessTheWebAsync zwischen dem Aufrufen von GetStringAsync und dem Warten auf die Beendigung keine Arbeit ansteht, können Sie den Code durch Aufrufen und Warten in der folgenden Anweisung vereinfachen.

Dim urlContents As String = Await client.GetStringAsync()

Die folgenden Merkmale fassen zusammen, wodurch das vorherige Beispiel sich als asynchrone Methode auszeichnet:

  • Die Methodensignatur enthält einen Async-Modifizierer.

  • Der Name einer Async-Methode endet mit dem Suffix "Async".

  • Der Rückgabetyp ist einer der folgenden Typen:

    • Task(Of TResult), wenn Ihre Methode über eine return-Anweisung verfügt, in der der Operand den Typ TResult aufwies.
    • Task, wenn die Methode keine return-Anweisung hat oder eine return-Anweisung ohne Operanden hat.
    • Sub, wenn Sie einen asynchronen Ereignishandler schreiben.

    Weitere Informationen finden Sie unter „Rückgabetypen und Parameter“ weiter unten in diesem Thema.

  • Die Methode umfasst normalerweise mindestens einen await-Ausdruck, der einen Punkt kennzeichnet, an dem die Methode erst nach Abschluss des erwarteten Vorgangs fortgesetzt werden kann. In der Zwischenzeit wird die Methode angehalten, und die Steuerung kehrt zum Aufrufer der Methode zurück. Im nächsten Abschnitt dieses Themas wird veranschaulicht, was am Unterbrechungspunkt geschieht.

In Asynch-Methoden verwenden Sie die bereitgestellten Schlüsselwörter und Typen, um die gewünschten Aktionen anzugeben. Der Compiler übernimmt den Rest, er verfolgt auch, was geschehen muss, wenn die Steuerung zu einem await-Punkt in einer angehaltenen Methode zurückkehrt. Einige Routinenprozesse, beispielsweise Schleifen und Ausnahmebehandlung, sind im herkömmlichen asynchronen Code möglicherweise schwierig zu handhaben. In einer Async-Methode schreiben Sie diese Elemente fast so wie in einer synchronen Lösung, und das Problem ist gelöst.

Weitere Informationen zur Asynchronität in vorherigen .NET Framework-Versionen finden Sie unter TPL und herkömmliche asynchrone Programmierung in .NET Framework.

Was geschieht in einer Async-Methode?

Bei der asynchronen Programmierung ist es sehr wichtig zu verstehen, wie die Ablaufsteuerung von Methode zu Methode springt. In dem folgenden Diagramm werden Sie durch den Prozess geführt:

Diagram that shows tracing an async program.

Die Zahlen im Diagramm entsprechen den folgenden Schritten:

  1. Ein Ereignishandler ruft die asynchrone Methode AccessTheWebAsync auf und wartet auf sie.

  2. AccessTheWebAsync erstellt eine HttpClient-Instanz und ruft die asynchrone Methode GetStringAsync auf, um den Inhalt einer Website als Zeichenfolge herunterzuladen.

  3. In GetStringAsync geschieht etwas, durch das die Ausführung angehalten wird. Möglicherweise muss gewartet werden, bis eine Website heruntergeladen oder eine andere blockierende Aktivität ausgeführt wurde. Um blockierende Ressourcen zu vermeiden, übergibt die Methode GetStringAsync die Steuerung an ihren Aufrufer AccessTheWebAsync.

    GetStringAsync gibt einen Task(Of TResult) zurück, wobei TResult eine Zeichenfolge ist, und AccessTheWebAsync weist die Aufgabe der getStringTask Variablen zu. Die Aufgabe stellt den laufenden Prozess für den Aufruf von GetStringAsync dar, mit der Festlegung, dass bei Abschluss der Arbeit ein tatsächlicher Zeichenfolgenwert erzeugt wurde.

  4. Da getStringTask noch nicht abgewartet wurde, kann AccessTheWebAsync mit anderer Arbeit fortfahren, die nicht vom Endergebnis von GetStringAsync abhängt. Diese Aufgaben werden durch einen Aufruf der synchronen Methode DoIndependentWork dargestellt.

  5. DoIndependentWork ist eine synchrone Methode, die ihre Arbeit ausführt und zu ihrem Aufrufer zurückkehrt.

  6. Für AccessTheWebAsync steht keine Arbeit mehr an, die die Methode ohne ein Ergebnis von getStringTask ausführen kann. AccessTheWebAsync möchte als Nächstes die Länge der heruntergeladenen Zeichenfolge berechnen und zurückgeben, aber die Methode kann diesen Wert erst berechnen, wenn sie über die Zeichenfolge verfügt.

    Daher verwendet AccessTheWebAsync einen await-Operator, um die Ausführung anzuhalten und die Steuerung an die Methode zu übergeben, von der AccessTheWebAsync aufgerufen wurde. AccessTheWebAsync gibt ein Task(Of Integer)-Element an den Aufrufer zurück. Die Aufgabe stellt eine Zusicherung dar, ein Ganzzahlergebnis zu erzeugen, das die Länge der heruntergeladenen Zeichenfolge ist.

    Hinweis

    Wenn die Methode GetStringAsync (und daher getStringTask) abgeschlossen ist, bevor AccessTheWebAsync auf sie wartet, verbleibt die Steuerung bei AccessTheWebAsync. Der Aufwand des Anhaltens und der Rückkehr zu AccessTheWebAsync wäre Verschwendung, wenn der aufgerufene asynchrone Prozess (getStringTask) bereits abgeschlossen ist und "AccessTheWebSync" nicht auf das Endergebnis warten muss.

    Innerhalb des Aufrufers (der Ereignishandler in diesem Beispiel) wird das Prozessmuster fortgesetzt. Der Aufrufer führt möglicherweise andere Arbeit aus, die nicht von dem Ergebnis von AccessTheWebAsync abhängt, bevor er auf dieses Ergebnis wartet, oder der Aufrufer wartet sofort auf das Ergebnis. Der Ereignishandler wartet auf AccessTheWebAsync, und AccessTheWebAsync wartet auf GetStringAsync.

  7. GetStringAsync wird abgeschlossen und erstellt ein Zeichenfolgenergebnis. Das Zeichenfolgenergebnis wird von dem Aufruf GetStringAsync nicht auf die Art zurückgegeben, die Sie möglicherweise erwarten. (Beachten Sie, dass die Methode bereits in Schritt 3 eine Aufgabe zurückgegeben hat.) Stattdessen wird das Zeichenfolgenergebnis in dem Task gespeichert, der den Abschluss der Methode darstellt: getStringTask. Der await-Operator ruft das Ergebnis von getStringTask ab. Die Zuweisungsanweisung weist urlContents das abgerufene Ergebnis zu.

  8. Wenn AccessTheWebAsync über das Zeichenfolgenergebnis verfügt, kann die Methode die Länge der Zeichenfolge berechnen. Dann ist die Arbeit von AccessTheWebAsync auch abgeschlossen, und der wartende Ereignishandler kann fortfahren. Im vollständigen Beispiel am Ende des Themas können Sie überprüfen, ob der Ereignishandler den Wert des Längenergebnisses abruft und druckt.

Wenn die asynchrone Programmierung für Sie neu ist, nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um den Unterschied zwischen synchronem und asynchronem Verhalten zu untersuchen. Eine synchrone Methode kehrt zum Aufrufer zurück, wenn ihre Arbeit abgeschlossen ist (Schritt 5). Eine asynchrone Methode hingegen gibt einen Aufgabenwert zurück, wenn die Verarbeitung angehalten wird (Schritt 3 und 6). Wenn die asynchrone Methode schließlich ihre Arbeit abgeschlossen hat, wird die Aufgabe als abgeschlossen markiert und das Ergebnis ggf. in der Aufgabe gespeichert.

Weitere Informationen zur Ablaufsteuerung finden Sie unter Ablaufsteuerung in asynchronen Programmen (Visual Basic).

API-Async-Methoden

Sie fragen sich möglicherweise, wo Methoden wie GetStringAsync zu finden sind, die die asynchrone Programmierung unterstützen. Die .NET Framework 4.5 oder höher enthält viele Member, die mit Async und Awaitarbeiten. Sie können diese Member anhand des Suffixes "Async" erkennen, das an den Membernamen angefügt ist, und einen Rückgabetyp von Task oder Task(Of TResult). Beispielsweise enthält die System.IO.Stream-Klasse Methoden wie CopyToAsync, ReadAsync und WriteAsync sowie die synchronen Methoden CopyTo, Read und Write.

Die Windows-Runtime enthält außerdem viele Methoden, die Sie mit Async und Await in Windows-Apps verwenden können. Weitere Informationen und Beispielmethoden finden Sie unter Aufrufen asynchroner APIs in C# oder Visual Basic, Asynchrone Programmierung (Windows-Runtime Apps) und WhenAny: Bridging zwischen der .NET Framework und der Windows-Runtime.

Threads

Async-Methoden sollen nicht blockierende Vorgänge sein. Ein Await-Ausdruck in einer asynchronen Methode blockiert den aktuellen Thread nicht, während der Task, auf den gewartet wurde, ausgeführt wird. Stattdessen registriert der Ausdruck den Rest der Methode als Fortsetzung und gibt die Steuerung an den Aufrufer der Async-Methode zurück.

Durch die Schlüsselwörter Async und Await werden keine zusätzlichen Threads erstellt. Asynchrone Methoden erfordern kein Multithreading, da eine asynchrone Methode nicht in ihrem eigenen Thread ausgeführt wird. Die Methode wird im aktuellen Synchronisierungskontext ausgeführt und verwendet Zeit im Thread nur, wenn sie aktiv ist. Sie können Task.Run zur Verschiebung CPU-gebundener Arbeit in einen Hintergrundthread verwenden, aber ein Hintergrundthread nützt nichts bei einem Prozess, der wartet, dass Ergebnisse zur Verfügung gestellt werden.

Der auf Asynchronie basierende Ansatz der asynchronen Programmierung ist vorhandenen Ansätzen in nahezu jedem Fall vorzuziehen. Insbesondere ist dieser Ansatz besser als BackgroundWorker bei E/A-gebundenen Vorgängen, da der Code einfacher ist und Sie sich nicht vor Racebedingungen schützen müssen. In Kombination mit Task.Run eignet sich asynchrone Programmierung besser für CPU-gebundene Vorgänge als BackgroundWorker, da die asynchrone Programmierung Koordinationsdetails der Ausführung des Codes von der Arbeit trennt, die Task.Run an den Threadpool überträgt.

Async und Await

Wenn Sie angeben, dass eine Methode eine asynchrone Methode ist, indem Sie einen Async-Modifizierer verwenden, aktivieren Sie die folgenden beiden Funktionen.

  • Die markierte asynchrone Methode kann Await verwenden, um Unterbrechungspunkte festzulegen. Der await-Operator informiert den Compiler, dass die Async-Methode erst über diesen Punkt hinaus fortgesetzt werden kann, wenn der abgewartete asynchrone Prozess abgeschlossen ist. In der Zwischenzeit kehrt die Steuerung zum Aufrufer der Async-Methode zurück.

    Die Unterbrechung einer async-Methode bei einem Await-Ausdruck stellt keine Beendigung der Methode dar, und Finally-Blöcke werden nicht ausgeführt.

  • Auf die markierte Async-Methode können auch Methoden warten, die sie aufrufen.

Eine asynchrone Methode enthält in der Regel mindestens ein Vorkommen eines Await-Operators, die Abwesenheit von Await-Ausdrücken verursacht jedoch keinen Compilerfehler. Wenn eine asynchrone Methode keinen Await-Operator verwendet, um einen Unterbrechungspunkt zu markieren, wird die Methode ungeachtet des Async-Modifizierers wie eine synchrone Methode ausgeführt. Der Compiler gibt eine Warnung für solche Methoden aus.

Async und Await sind kontextbezogene Schlüsselwörter. Weitere Informationen und Beispiele finden Sie unter den folgenden Themen:

Rückgabetypen und Parameter

Bei .NET Framework Programmierung gibt eine asynchrone Methode in der Regel einen Task oder einen Task(Of TResult)-Wert zurück. Innerhalb einer async-Methode wird ein Await-Operator auf einen Task angewendet, der in einem Aufruf einer anderen async-Methode zurückgegeben wurde.

Sie geben Task(Of TResult) als Rückgabetyp an, wenn die Methode eine Return-Anweisung enthält, die einen Operanden vom Typ TResultangibt.

Sie verwenden Task als Rückgabetyp, wenn die Methode keine return-Anweisung hat oder über eine return-Anweisung verfügt, die keinen Operanden zurückgibt.

Das folgende Beispiel zeigt, wie Sie eine Methode deklarieren und aufrufen, die einen Task(Of TResult) oder einen Taskzurückgibt:

' Signature specifies Task(Of Integer)
Async Function TaskOfTResult_MethodAsync() As Task(Of Integer)

    Dim hours As Integer
    ' . . .
    ' Return statement specifies an integer result.
    Return hours
End Function

' Calls to TaskOfTResult_MethodAsync
Dim returnedTaskTResult As Task(Of Integer) = TaskOfTResult_MethodAsync()
Dim intResult As Integer = Await returnedTaskTResult
' or, in a single statement
Dim intResult As Integer = Await TaskOfTResult_MethodAsync()

' Signature specifies Task
Async Function Task_MethodAsync() As Task

    ' . . .
    ' The method has no return statement.
End Function

' Calls to Task_MethodAsync
Task returnedTask = Task_MethodAsync()
Await returnedTask
' or, in a single statement
Await Task_MethodAsync()

Jede zurückgegebene Aufgabe stellt derzeit ausgeführte Arbeit dar. Eine Aufgabe kapselt Informationen über den Zustand des asynchronen Prozesses und schließlich entweder das Endergebnis aus dem Prozess oder die Ausnahme, die durch einen Prozessfehler verursacht wird.

Eine asynchrone Methode kann auch eine Sub-Methode sein. Dieser Rückgabetyp wird hauptsächlich zum Definieren von Ereignishandlern verwendet, bei denen ein Rückgabetyp erforderlich ist. Asynchrone Ereignishandler dienen häufig als Ausgangspunkt für asynchrone Programme.

Eine asynchrone Methode, die eine Sub Prozedur ist, kann nicht erwartet werden, und der Aufrufer kann keine Ausnahmen abfangen, die von der Methode ausgelöst werden.

Mit einer asynchronen Methode können keine ByRef-Parameter deklariert, jedoch Methoden aufgerufen werden, die solche Parameter aufweisen.

Weitere Informationen und Beispiele finden Sie unter Asynchrone Rückgabetypen (Visual Basic). Weitere Informationen zum Auffangen von Ausnahmen in async-Methoden finden Sie unter Try...Catch...Finally Statement (Try...Catch...Finally-Anweisung).

Asynchrone APIs in der Windows-Runtime-Programmierung weisen einen der folgenden Rückgabetypen auf, die Tasks ähnlich sind:

Weitere Informationen und ein Beispiel finden Sie unter Aufrufen asynchroner APIs in C# oder Visual Basic.

Benennungskonvention

Gemäß der Konvention fügen Sie die Zeichenfolge „Async“ an die Namen von Methoden an, die einen Async-Modifizierer besitzen.

Sie können die Konvention ignorieren, wenn ein Ereignis, eine Basisklasse oder ein Schnittstellenvertrag einen anderen Namen vorsieht. Beispielsweise sollten Sie allgemeine Ereignishandler wie Button1_Click nicht umbenennen.

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Titel Beschreibung Beispiel
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- Start Multiple Async Tasks and Process Them As They Complete (Visual Basic) (Mehrere asynchrone Aufgaben starten und nach Abschluss verarbeiten (Visual Basic))
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Videos zur asynchronen Programmierung auf Channel 9 Stellt Links zu einer Vielzahl von Videos über die asynchrone Programmierung bereit.

Vollständiges Beispiel

Bei dem folgenden Code handelt es sich um die Datei „MainWindow.xaml.vb“ aus der WPF-Anwendung (Windows Presentation Foundation), die in diesem Thema erläutert wird. Sie können das Beispiel hier herunterladen: Async Sample: Example from "Asynchronous Programming with Async and Await" (Asynchrones Beispiel aus der asynchronen Programmierung mit „async“ und „await“).


Imports System.Net.Http

' Example that demonstrates Asynchronous Progamming with Async and Await.
' It uses HttpClient.GetStringAsync to download the contents of a website.
' Sample Output:
' Working . . . . . . .
'
' Length of the downloaded string: 39678.

Class MainWindow

    ' Mark the event handler with Async so you can use Await in it.
    Private Async Sub StartButton_Click(sender As Object, e As RoutedEventArgs)

        ' Call and await immediately.
        ' StartButton_Click suspends until AccessTheWebAsync is done.
        Dim contentLength As Integer = Await AccessTheWebAsync()

        ResultsTextBox.Text &= $"{vbCrLf}Length of the downloaded string: {contentLength}.{vbCrLf}"

    End Sub


    ' Three things to note about writing an Async Function:
    '  - The function has an Async modifier. 
    '  - Its return type is Task or Task(Of T). (See "Return Types" section.)
    '  - As a matter of convention, its name ends in "Async".
    Async Function AccessTheWebAsync() As Task(Of Integer)

        Using client As New HttpClient()

            ' Call and await separately. 
            '  - AccessTheWebAsync can do other things while GetStringAsync is also running.
            '  - getStringTask stores the task we get from the call to GetStringAsync. 
            '  - Task(Of String) means it is a task which returns a String when it is done.
            Dim getStringTask As Task(Of String) =
                client.GetStringAsync("https://docs.microsoft.com/dotnet")

            ' You can do other work here that doesn't rely on the string from GetStringAsync. 
            DoIndependentWork()

            ' The Await operator suspends AccessTheWebAsync.
            '  - AccessTheWebAsync does not continue until getStringTask is complete.
            '  - Meanwhile, control returns to the caller of AccessTheWebAsync.
            '  - Control resumes here when getStringTask is complete.
            '  - The Await operator then retrieves the String result from getStringTask.
            Dim urlContents As String = Await getStringTask

            ' The Return statement specifies an Integer result.
            ' A method which awaits AccessTheWebAsync receives the Length value.
            Return urlContents.Length

        End Using

    End Function

    Sub DoIndependentWork()
        ResultsTextBox.Text &= $"Working . . . . . . .{vbCrLf}"
    End Sub

End Class

Siehe auch