📅 Day 26：C# 異步編程進階
? 學習目標：
- 深入理解
async/await的底層機制； - 掌握
ConfigureAwait(false)的作用與使用場景； - 避免異步死鎖，理解同步上下文（Synchronization Context）；
- 掌握并行任務處理技巧（
Parallel,PLINQ）； - 使用
ValueTask替代Task提升性能； - 構建高性能的異步 API；
- 編寫一個結合多個異步優化技巧的示例程序（如高并發網絡爬蟲）。
🧠 一、回顧 async/await 基礎知識
? async 和 await 是什么？
async標記方法為異步方法；await用于等待異步操作完成而不阻塞線程。
public async Task<string> DownloadAsStringAsync(string url)
{using var client = new HttpClient();return await client.GetStringAsync(url);
}
? 狀態機原理簡述：
編譯器會將 async 方法轉換為狀態機對象（IAsyncStateMachine），自動管理異步流程和上下文切換。
🔁 二、ConfigureAwait(false) 的意義與使用
? 默認行為（不加 ConfigureAwait(false)）
在 UI 應用中（如 WPF、WinForms），默認會捕獲當前的 SynchronizationContext，以便 await 后繼續回到 UI 線程執行后續代碼。
??問題：可能導致死鎖！
如果你在 UI 線程調用了 .Result 或 .Wait()，而異步方法又試圖回到 UI 線程，就會發生死鎖。
? 正確做法：庫方法應使用 ConfigureAwait(false)
public async Task<string> GetDataAsync()
{string result = await SomeNetworkCallAsync().ConfigureAwait(false);return Process(result);
}
?? 在類庫中始終使用
ConfigureAwait(false)，除非你明確需要返回到特定上下文（如 UI）。
💀 三、避免異步死鎖
? 錯誤寫法（UI 線程中）：
var result = GetDataAsync().Result;
這會導致主線程被阻塞，并且 await 后想回到這個線程，但該線程正等著結果，導致死鎖。
? 正確寫法：
var result = await GetDataAsync();
或者，在非 UI 場景中使用：
Task.Run(async () => await GetDataAsync()).Wait();
🧩 四、并行任務處理（Parallel & PLINQ）
? Parallel.For / Parallel.ForEach
適用于 CPU 密集型任務的并行執行。
Parallel.For(0, 10, i =>
{Console.WriteLine($"處理 {i}，線程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
});
? PLINQ（Parallel LINQ）
并行查詢，適合大數據集合處理：
var numbers = Enumerable.Range(1, 1000000);var result = numbers.AsParallel().Where(n => n % 3 == 0).Sum();Console.WriteLine("總和：" + result);
🧱 五、ValueTask vs Task（.NET Core 2.1+）
? Task<T> 的缺點：
每次調用都會分配內存（堆上創建對象），對高頻調用或熱路徑有性能影響。
? ValueTask<T> 的優勢：
- 如果結果已知（緩存命中、立即完成），則不分配；
- 適用于“大多數快速完成”的異步操作。
public ValueTask<int> GetCachedValueAsync()
{if (_cache.HasValue)return new ValueTask<int>(_cache.Value);elsereturn new ValueTask<int>(GetValueFromNetworkAsync());
}
? 注意：不能多次
await，否則可能拋出異常。
🔄 六、自定義異步狀態機（高級）
你可以通過實現 IValueTaskSource<TResult> 來構建自己的 ValueTask 實現，但這通常只在高性能框架開發中使用。
示例略（復雜度較高，需深入理解狀態機機制）。
🧪 七、實戰練習：高并發網頁爬蟲
功能要求：
- 并發下載多個網頁；
- 使用
HttpClient異步請求； - 避免死鎖；
- 使用
ValueTask緩存熱門頁面； - 支持配置最大并發數；
- 輸出各頁面大小。
示例代碼框架：
class WebCrawler
{private readonly HttpClient _client = new();private readonly ConcurrentDictionary<string, string> _cache = new();public async Task<int> CrawlPageAsync(string url){// 使用緩存if (_cache.TryGetValue(url, out var cached))return cached.Length;// 下載網頁string content = await _client.GetStringAsync(url).ConfigureAwait(false);_cache.TryAdd(url, content);return content.Length;}public async Task RunAsync(IEnumerable<string> urls){var tasks = urls.Select(url =>Task.Run(async () =>{int length = await CrawlPageAsync(url).ConfigureAwait(false);Console.WriteLine($"{url} 長度：{length}");}));await Task.WhenAll(tasks);}
}
📝 小結
今天你學會了：
ConfigureAwait(false)的作用與使用時機；- 如何避免異步死鎖；
- 使用
Parallel和PLINQ實現并行任務； ValueTask的優勢及其適用場景；- 自定義異步狀態機的基本概念；
- 編寫了一個高并發網頁爬蟲的異步優化示例。
掌握這些高級異步編程技巧，能顯著提升應用程序的響應性、吞吐量和資源利用率，尤其在 Web API、微服務、桌面應用等場景中尤為重要。
🧩 下一步學習方向（Day 27）
明天我們將進入一個新的主題 —— C# 中的反射（Reflection）與元編程，你將學會：
- 如何在運行時動態加載類型、調用方法；
- 獲取類成員信息（屬性、方法、構造函數）；
- 使用
System.Reflection.Emit創建動態程序集； - 反射在依賴注入、序列化、ORM 等框架中的應用；
- 性能優化技巧（緩存反射結果、使用表達式樹代替 Invoke）；
- 編寫一個基于反射的通用對象克隆器。
