异步返回类型 (C#)

异步方法可以具有以下返回类型:

有关异步方法的详细信息,请参阅使用 Async 和 Await 的异步编程 (C#)

还存在特定于 Windows 工作负载的其他几种类型:

Task 返回类型

不包含 return 语句的异步方法或包含不返回操作数的 return 语句的异步方法通常具有返回类型 Task。 如果此类方法同步运行,它们将返回 void。 如果在异步方法中使用 Task 返回类型,调用方法可以使用 await 运算符暂停调用方的完成,直至被调用的异步方法结束。

下例中的 WaitAndApologizeAsync 方法不包含 return 语句,因此该方法会返回 Task 对象。 返回 Task 可等待 WaitAndApologizeAsyncTask 类型不包含 Result 属性,因为它不具有任何返回值。

public static async Task DisplayCurrentInfoAsync()
{
    await WaitAndApologizeAsync();

    Console.WriteLine($"Today is {DateTime.Now:D}");
    Console.WriteLine($"The current time is {DateTime.Now.TimeOfDay:t}");
    Console.WriteLine("The current temperature is 76 degrees.");
}

static async Task WaitAndApologizeAsync()
{
    await Task.Delay(2000);

    Console.WriteLine("Sorry for the delay...\n");
}
// Example output:
//    Sorry for the delay...
//
// Today is Monday, August 17, 2020
// The current time is 12:59:24.2183304
// The current temperature is 76 degrees.

通过使用 await 语句而不是 await 表达式等待 WaitAndApologizeAsync,类似于返回 void 的同步方法的调用语句。 Await 运算符的应用程序在这种情况下不生成值。 当 await 的右操作数是 Task<TResult> 时,await 表达式生成的结果为 T。 当 await 的右操作数是 Task 时,await 及其操作数是一个语句。

可从 await 运算符的应用程序中分离对 WaitAndApologizeAsync 的调用,如以下代码所示。 但是,请记住,Task 没有 Result 属性,并且当 await 运算符应用于 Task 时不产生值。

以下代码将调用 WaitAndApologizeAsync 方法和等待此方法返回的任务分离。

Task waitAndApologizeTask = WaitAndApologizeAsync();

string output =
    $"Today is {DateTime.Now:D}\n" +
    $"The current time is {DateTime.Now.TimeOfDay:t}\n" +
    "The current temperature is 76 degrees.\n";

await waitAndApologizeTask;
Console.WriteLine(output);

Task<TResult> 返回类型

Task<TResult> 返回类型用于某种异步方法,此异步方法包含 return 语句,其中操作数是 TResult

在下面的示例中,GetLeisureHoursAsync 方法包含返回整数的 return 语句。 因此,该方法声明必须指定 Task<int> 的返回类型。 FromResult 异步方法是返回 DayOfWeek 的操作的占位符。

public static async Task ShowTodaysInfoAsync()
{
    string message =
        $"Today is {DateTime.Today:D}\n" +
        "Today's hours of leisure: " +
        $"{await GetLeisureHoursAsync()}";

    Console.WriteLine(message);
}

static async Task<int> GetLeisureHoursAsync()
{
    DayOfWeek today = await Task.FromResult(DateTime.Now.DayOfWeek);

    int leisureHours =
        today is DayOfWeek.Saturday || today is DayOfWeek.Sunday
        ? 16 : 5;

    return leisureHours;
}
// Example output:
//    Today is Wednesday, May 24, 2017
//    Today's hours of leisure: 5

ShowTodaysInfo 方法中从 await 表达式内调用 GetLeisureHoursAsync 时,await 表达式检索存储在由 GetLeisureHours 方法返回的任务中的整数值(leisureHours 的值)。 有关 await 表达式的详细信息,请参阅 await

通过从应用程序 await 中分离对 GetLeisureHoursAsync 的调用,可以更好地理解 await 如何从 Task<T> 检索结果,如以下代码所示。 对非立即等待的方法 GetLeisureHoursAsync 的调用返回 Task<int>,正如你从方法声明预料的一样。 该任务指派给示例中的 getLeisureHoursTask 变量。 因为 getLeisureHoursTaskTask<TResult>,所以它包含类型 TResultResult 属性。 在这种情况下,TResult 表示整数类型。 await 应用于 getLeisureHoursTask,await 表达式的计算结果为 getLeisureHoursTaskResult 属性内容。 此值分配给 ret 变量。

重要

Result 属性为阻止属性。 如果你在其任务完成之前尝试访问它,当前处于活动状态的线程将被阻止,直到任务完成且值为可用。 在大多数情况下,应通过使用 await 访问此值,而不是直接访问属性。

上一示例通过检索 Result 属性的值来阻止主线程,从而使 Main 方法可在应用程序结束之前将 message 输出到控制台。

var getLeisureHoursTask = GetLeisureHoursAsync();

string message =
    $"Today is {DateTime.Today:D}\n" +
    "Today's hours of leisure: " +
    $"{await getLeisureHoursTask}";

Console.WriteLine(message);

Void 返回类型

在异步事件处理程序中使用 void 返回类型,这需要 void 返回类型。 对于事件处理程序以外的不返回值的方法,应返回 Task,因为无法等待返回 void 的异步方法。 此类方法的任何调用方都必须继续完成,而无需等待调用的异步方法完成。 调用方必须独立于异步方法生成的任何值或异常。

返回 void 的异步方法的调用方无法捕获从该方法引发的异常,且此类未经处理的异常可能会导致应用程序故障。 如果返回 TaskTask<TResult> 的方法引发异常,则该异常存储在返回的任务中。 等待任务时,将重新引发异常。 因此,请确保可以产生异常的任何异步方法都具有返回类型 TaskTask<TResult>,并确保会等待对方法的调用。

有关如何在异步方法中捕获异常的详细信息,请参阅 try-catch 文中的异步方法中的异常部分。

以下示例演示异步事件处理程序的行为。 在本示例代码中,异步事件处理程序必须在完成时通知主线程。 然后,主线程可在退出程序之前等待异步事件处理程序完成。

using System;
using System.Threading.Tasks;

public class NaiveButton
{
    public event EventHandler? Clicked;

    public void Click()
    {
        Console.WriteLine("Somebody has clicked a button. Let's raise the event...");
        Clicked?.Invoke(this, EventArgs.Empty);
        Console.WriteLine("All listeners are notified.");
    }
}

public class AsyncVoidExample
{
    static readonly TaskCompletionSource<bool> s_tcs = new TaskCompletionSource<bool>();

    public static async Task MultipleEventHandlersAsync()
    {
        Task<bool> secondHandlerFinished = s_tcs.Task;

        var button = new NaiveButton();

        button.Clicked += OnButtonClicked1;
        button.Clicked += OnButtonClicked2Async;
        button.Clicked += OnButtonClicked3;

        Console.WriteLine("Before button.Click() is called...");
        button.Click();
        Console.WriteLine("After button.Click() is called...");

        await secondHandlerFinished;
    }

    private static void OnButtonClicked1(object? sender, EventArgs e)
    {
        Console.WriteLine("   Handler 1 is starting...");
        Task.Delay(100).Wait();
        Console.WriteLine("   Handler 1 is done.");
    }

    private static async void OnButtonClicked2Async(object? sender, EventArgs e)
    {
        Console.WriteLine("   Handler 2 is starting...");
        Task.Delay(100).Wait();
        Console.WriteLine("   Handler 2 is about to go async...");
        await Task.Delay(500);
        Console.WriteLine("   Handler 2 is done.");
        s_tcs.SetResult(true);
    }

    private static void OnButtonClicked3(object? sender, EventArgs e)
    {
        Console.WriteLine("   Handler 3 is starting...");
        Task.Delay(100).Wait();
        Console.WriteLine("   Handler 3 is done.");
    }
}
// Example output:
//
// Before button.Click() is called...
// Somebody has clicked a button. Let's raise the event...
//    Handler 1 is starting...
//    Handler 1 is done.
//    Handler 2 is starting...
//    Handler 2 is about to go async...
//    Handler 3 is starting...
//    Handler 3 is done.
// All listeners are notified.
// After button.Click() is called...
//    Handler 2 is done.

通用的异步返回类型和 ValueTask<TResult>

从 C# 7.0 起,异步方法可以返回具有返回 awaiter 类型实例的可访问 GetAwaiter 方法的所有类型。 此外,GetAwaiter 方法返回的类型必须具有 System.Runtime.CompilerServices.AsyncMethodBuilderAttribute 特性。 有关详细信息,请参阅类似任务的返回类型的功能说明。

此功能与 awaitable 表达式相辅相成,后者描述 await 操作数的要求。 编译器可以使用通用异步返回类型生成返回不同类型的 async 方法。 通用异步返回类型通过 .NET 库实现性能改进。 TaskTask<TResult> 是引用类型,因此,性能关键路径中的内存分配会对性能产生负面影响,尤其当分配出现在紧凑循环中时。 支持通用返回类型意味着可返回轻量值类型(而不是引用类型),从而避免额外的内存分配。

.NET 提供 System.Threading.Tasks.ValueTask<TResult> 结构作为返回任务的通用值的轻量实现。 要使用 System.Threading.Tasks.ValueTask<TResult> 类型,必须向项目添加 System.Threading.Tasks.Extensions NuGet 包。 如下示例使用 ValueTask<TResult> 结构检索两个骰子的值。

using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static readonly Random s_rnd = new Random();

    static async Task Main() =>
        Console.WriteLine($"You rolled {await GetDiceRollAsync()}");

    static async ValueTask<int> GetDiceRollAsync()
    {
        Console.WriteLine("Shaking dice...");

        int roll1 = await RollAsync();
        int roll2 = await RollAsync();

        return roll1 + roll2;
    }

    static async ValueTask<int> RollAsync()
    {
        await Task.Delay(500);

        int diceRoll = s_rnd.Next(1, 7);
        return diceRoll;
    }
}
// Example output:
//    Shaking dice...
//    You rolled 8

编写通用异步返回类型是一种高级方案,旨在用于非常特定的环境中。 请考虑改用 TaskTask<T>ValueTask<T> 类型,它们覆盖了大多数的异步代码方案。

使用 IAsyncEnumerable<T> 的异步流

从 C# 8.0 开始,异步方法可能返回异步流,由 IAsyncEnumerable<T> 表示 。 异步流提供了一种方法,来枚举在具有重复异步调用的块中生成元素时从流中读取的项。 以下示例显示生成异步流的异步方法:

static async IAsyncEnumerable<string> ReadWordsFromStreamAsync()
{
    string data =
        @"This is a line of text.
          Here is the second line of text.
          And there is one more for good measure.
          Wait, that was the penultimate line.";

    using var readStream = new StringReader(data);

    string line = await readStream.ReadLineAsync();
    while (line != null)
    {
        foreach (string word in line.Split(' ', StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries))
        {
            yield return word;
        }

        line = await readStream.ReadLineAsync();
    }
}

前面的示例异步读取字符串中的行。 读取每一行后,代码将枚举字符串中的每个单词。 调用方将使用 await foreach 语句枚举每个单词。 当需要从源字符串异步读取下一行时,该方法将等待。

请参阅