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前言

Talk is cheap, Show you the code first！

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    AsyncMethod();
    Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

private async Task AsyncMethod()
{
    var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
    string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
    Console.WriteLine(Result);
    //返回值是Task的函式可以不用return
}

//這個函式就是一個耗時函式，可能是IO操作，也可能是cpu密集型工作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{            
    var task = Task.Run(()=> {
        Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        Thread.Sleep(5000);
        Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        return "Hello I am TimeConsumingMethod";
    });

    return task;
}

我靠，這麼複雜！！！竟然有三個函式！！！竟然有那麼多行！！！

彆著急，慢慢看完，最後的時候你會發現使用async/await真的炒雞優雅。

非同步方法的結構

上面是一個的使用async/await的例子（為了方便解說原理我才寫的這樣複雜的）。
使用async/await能非常簡單的建立非同步方法，防止耗時操作阻塞當前執行緒。
使用async/await來構建的非同步方法，邏輯上主要有下面三個結構：

呼叫非同步方法

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    AsyncMethod();//這個方法就是非同步方法，非同步方法的呼叫與一般方法完全一樣
    Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

注意：微軟建議非同步方法的命名是在方法名後新增Aysnc字尾，示例是我為了讀起來方便做成了字首，在真正構建非同步方法的時候請注意用字尾。(好吧我承認是我忘記了，然後圖片也都截好了再修改太麻煩了。。。。就懶得重新再修改了)

非同步方法的返回型別只能是void、Task、Task<TResult>。示例中非同步方法的返回值型別是Task。

另外，上面的AsyncMethod()會被編譯器提示報警，如下圖：

因為是非同步方法，所以編譯器提示在前面使用await關鍵字，這個後面再說，為了不引入太多概念導致難以理解暫時就先這麼放著。

非同步方法本體

private async Task AsyncMethod()
{
    var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
    string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
    Console.WriteLine(Result);
    //返回值是Task的函式可以不用return
}

用async來修飾一個方法，表明這個方法是非同步的，宣告的方法的返回型別必須為：void或Task或Task<TResult>。方法內部必須含有await修飾的方法，如果方法內部沒有await關鍵字修飾的表示式，哪怕函式被async修飾也只能算作同步方法，執行的時候也是同步執行的。

被await修飾的只能是Task或者Task<TResule>型別，通常情況下是一個返回型別是Task/Task<TResult>的方法，當然也可以修飾一個Task/Task<TResult>變數，await只能出現在已經用async關鍵字修飾的非同步方法中。上面程式碼中就是修飾了一個變數ResultFromTimeConsumingMethod。

關於被修飾的物件，也就是返回值型別是Task和Task<TResult>函式或者Task/Task<TResult>型別的變數：如果是被修飾物件的前面用await修飾，那麼返回值實際上是void或者TResult（示例中ResultFromTimeConsumingMethod是TimeConsumingMethod()函式的返回值，也就是Task<string>型別，當ResultFromTimeConsumingMethod在前面加了await關鍵字後await ResultFromTimeConsumingMethod實際上完全等於ResultFromTimeConsumingMethod.Result）。如果沒有await，返回值就是Task或者Task<TResult>。

耗時函式

//這個函式就是一個耗時函式，可能是IO密集型操作，也可能是cpu密集型工作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{            
    var task = Task.Run(()=> {
        Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        Thread.Sleep(5000);
        Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        return "Hello I am TimeConsumingMethod";
    });

    return task;
}

這個函式才是真正幹活的（為了讓邏輯層級更分明，我把這部分專門做成了一個函式，在後面我會精簡一下直接放到非同步函式中，畢竟活在哪都是幹）。

在示例中是一個CPU密集型的工作，我另開一執行緒讓他拼命幹活幹5s。如果是IO密集型工作比如檔案讀寫等可以直接呼叫.Net提供的類庫，對於這些類庫底層具體怎麼實現的？是用了多執行緒還是DMA？或者是多執行緒+DMA？這些問題我沒有深究但是從表象看起來和我用Task另開一個執行緒去做耗時工作是一樣的。

await只能修飾Task/Task<TResult>型別，所以這個耗時函式的返回型別只能是Task/Task<TResult>型別。

總結：有了上面三個結構就能完成使用一次非同步函式。

async/await非同步函式的原理

在開始講解這兩個關鍵字之前,為了方便，對某些方法做了一些拆解，拆解後的程式碼塊用代號指定：

上圖對示例程式碼做了一些指定具體就是：

• Caller代表呼叫方函式，在上面的程式碼中就是button1_Click函式。
• CalleeAsync代表被呼叫函式，因為程式碼中被呼叫函式是一個非同步函式，按照微軟建議的命名添加了Async字尾，在上面示例程式碼中就是AsyncMethod()函式。
• CallerChild1代表呼叫方函式button1_Click在呼叫非同步方法CalleeAsync之前的那部分程式碼。
• CallerChild2代表呼叫方函式button1_Click在呼叫非同步方法CalleeAsync之後的那部分程式碼。
• CalleeChild1代表被呼叫方函式AsyncMethod遇到await關鍵字之前的那部分程式碼。
• CalleeChild2代表被呼叫方函式AsyncMethod遇到await關鍵字之後的那部分程式碼。
• TimeConsumingMethod是指被await修飾的那部分耗時程式碼（實際上我程式碼中也是用的這個名字來命名的函式）

示例程式碼的執行流程

為了方便觀看我模糊掉了對本示例沒有用的輸出。
這裡涉及到了兩個執行緒，執行緒ID分別是1和3。

Caller函式被呼叫，先執行CallerChild1程式碼，這裡是同步執行與一般函式一樣，然後遇到了非同步函式CalleeAsync。

在CalleeAsync函式中有await關鍵字，await的作用是打分裂點。

編譯器會把整個函式（CalleeAsync）從這裡分裂成兩個函式。await關鍵字之前的程式碼作為一個函式（按照我上面定義的指代，下文中就叫這部分程式碼CalleeChild1）await關鍵字之後的程式碼作為一個函式（CalleeChild2）。

CalleeChild1在呼叫方執行緒執行（在示例中就是主執行緒Thread1），執行到await關鍵字之後，另開一個執行緒耗時工作在Thread3中執行，然後立即返回。這時呼叫方會繼續執行下面的程式碼CallerChild2（注意是Caller不是Callee）。

在CallerChild2被執行期間，TimeConsumingMethod也在非同步執行（可能是在別的執行緒也可能是CPU不參與操作直接DMA的IO操作）。

當TimeConsumingMethod執行結束後，CalleeChild2也就具備了執行條件，而這個時候CallerChild2可能執行完了也可能沒有，由於CallerChild2與CalleeChild2都會在Caller的執行緒執行，這裡就會有衝突應該先執行誰，編譯器會在合適的時候在Caller的執行緒執行這部分程式碼。示意圖如下：

請注意，CalleeChild2在上圖中並沒有畫任何箭頭，因為這部分程式碼的執行是由編譯器決定的，暫時無法具體描述是什麼時候執行。

總結一下：

整個流程下來，除了TimeConsumingMethod函式是在Thread3中執行的，剩餘程式碼都是在主執行緒Thread1中執行的.

也就是說非同步方法執行在當前同步上下文中，只有啟用的時候才佔用當前執行緒的時間，非同步模型採用時間片輪轉來實現（這一點我沒考證，僅作參考）。

你也許會說，明明新加了一個Thread3執行緒怎麼能說是執行在當前的執行緒中呢？這裡說的非同步方法執行在當前執行緒上的意思是由CalleeAsync分裂出來的CalleeChild1和CalleeChild2的確是執行在Thread1上的。

帶返回值的非同步函式

之前的示例程式碼中非同步函式是沒有返回值的，作為理解原理足夠了，但是在實際應用場景中，帶返回值的應用才是最常用的。那麼，上程式碼：

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Console.WriteLine("111 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    var ResultTask  = AsyncMethod();
    Console.WriteLine(ResultTask.Result);
    Console.WriteLine("222 balabala. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

private async Task<string> AsyncMethod()
{
    var ResultFromTimeConsumingMethod = TimeConsumingMethod();
    string Result = await ResultFromTimeConsumingMethod + " + AsyncMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
    Console.WriteLine(Result);
    return Result;
}

//這個函式就是一個耗時函式，可能是IO操作，也可能是cpu密集型工作。
private Task<string> TimeConsumingMethod()
{            
    var task = Task.Run(()=> {
        Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        Thread.Sleep(5000);
        Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        return "Hello I am TimeConsumingMethod";
    });

    return task;
}

主要更改的地方在這裡：

按理說沒錯吧？然而，這程式碼一旦執行就會卡死。

死鎖

是的，死鎖。分析一下為什麼：

按照之前我劃定的程式碼塊指定，在添加了新程式碼後CallerChild2與CalleeChild2的劃分如上圖。

這兩部分程式碼塊都是在同一個執行緒上執行的，也就是主執行緒Thread1，而且通常情況下CallerChild2是會早於CalleeChild2執行的(畢竟CalleeChild2得在耗時程式碼塊執行之後執行)。

Console.WriteLine(ResultTask.Result);(CallerChild2)其實是在請求CalleeChild2的執行結果，此時明顯CalleeChild2還沒有結束沒有return任何結果，那Console.WriteLine(ResultTask.Result);就只能阻塞Thread1等待，直到CalleeChild2有結果。

然而問題就在這，CalleeChild2也是在Thread1上執行的，此時CallerChild2一直佔用Thread1等待CalleeChild2的結果，耗時程式結束後輪到CalleeChild2執行的時候CalleeChild2又因Thread1被CallerChild2佔用而搶不到執行緒，永遠無法return，那麼CallerChild2就會永遠等下去，這就造成了死鎖。

解決辦法有兩種一個是把Console.WriteLine(ResultTask.Result);放到一個新開執行緒中等待(個人覺得這方法有點麻煩，畢竟要新開執行緒)，還有一個方法是把Caller也做成非同步方法：

ResultTask.Result變成了ResultTask 的原因上面也說了，await修飾的Task/Task<TResult>得到的是TResult。

之所以這樣就能解決問題是因為嵌套了兩個非同步方法，現在的Caller也成了一個非同步方法，當Caller執行到await後直接返回了（await拆分方法成兩部分），CalleeChild2執行之後才輪到Caller中await後面的程式碼塊（Console.WriteLine(ResultTask.Result);）。

另外，把Caller做成非同步的方法也解決了一開始的那個警告，還記得麼？

這樣沒省多少事啊？

到現在，你可能會說：使用async/await不比直接用Task.Run()來的簡單啊？比如我用Task的TaskContinueWith方法也能實現：

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var ResultTask = Task.Run(()=> {
        Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod. My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        Thread.Sleep(5000);
        Console.WriteLine("Helo I am TimeConsumingMethod after Sleep(5000). My Thread ID is :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        return "Hello I am TimeConsumingMethod";
    });

    ResultTask.ContinueWith(OnDoSomthingIsComplete);

}

private void OnDoSomthingIsComplete(Task<string> t)
{
    Action action = () => {
        textBox1.Text = t.Result;
    };
    textBox1.Invoke(action);
    Console.WriteLine("Continue Thread ID :" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

是的，上面的程式碼也能實現。但是，async/await的優雅的開啟方式是這樣的：

private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var t = Task.Run(() => {
        Thread.Sleep(5000);
        return "Hello I am TimeConsumingMethod";
    });
    textBox1.Text = await t;
}

看到沒，驚不驚喜，意不意外，寥寥幾行就搞定了，不用再多寫那麼多函式，使用起來也很靈活。最讓人頭疼的跨執行緒修改控制元件的問題完美解決了，再也不用使用Invoke了，因為修改控制元件的操作壓根就是在原來的執行緒上做的，還能不阻塞UI。

參考：
死鎖問題https://www.cnblogs.com/OpenCoder/p/4434574.html
該博主是翻譯的英文資料，英文原文：http://blog.stephencleary.com/2012/07/dont-block-on-async-code.html
https://www.cnblogs.com/zhili/archive/2013/05/15/Csharp5asyncandawait.html
http://www.cnblogs.com/heyuquan/archive/2013/04/26/3045827.html
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/async/index