C#核心架构：多线程与异步编程（Task、async/await）

1. 基础概念

• 多线程：通过创建多个执行线程实现并发，但需手动管理线程生命周期和同步。
• 异步编程：基于任务（Task）的非阻塞模型，核心目标是高效利用I/O等待时间。

2. Task核心机制

• Task类：表示异步操作，封装工作单元状态（运行/完成/取消）。
• 任务调度：
  • 默认使用线程池调度器
  • 支持自定义调度策略
• 关键操作：

  // 创建并启动任务
  Task.Run(() => Console.WriteLine("Background task"));
  
  // 任务链式处理
  Task.CompletedTask
      .ContinueWith(t => File.WriteAllText("log.txt", "Done"))
      .Wait();
  

3. async/await 异步模型

• 语法本质：
  • async标记异步方法
  • await挂起当前方法，将控制权返还调用方
• 执行流程：

  async Task<string> FetchDataAsync() 
  {
      HttpClient client = new();
      // 异步等待I/O完成，释放线程
      string data = await client.GetStringAsync("https://api.example.com");
      return data.ToUpper();  // 在可用线程上恢复执行
  }
  

• 状态机转换：编译器将async方法转换为状态机，自动处理续延逻辑。

4. 关键实践原则

• 避免阻塞：
  • 禁止Task.Wait()/Task.Result（可能导致死锁）
  • 使用await替代同步等待
• 取消机制：

  var cts = new CancellationTokenSource(5000); // 5秒超时
  await ProcessAsync(cts.Token);
  

• 异常处理：

  try {
      await RiskyOperationAsync();
  }
  catch (OperationCanceledException) { ... }
  catch (HttpRequestException) { ... }
  

5. 性能优化技巧

• 配置上下文：

  await Task.Run(() => CPUIntensiveWork())
            .ConfigureAwait(false); // 避免同步上下文开销
  

• 任务组合：

  // 并行执行多个任务
  var task1 = FetchUserDataAsync();
  var task2 = LoadConfigAsync();
  await Task.WhenAll(task1, task2);
  
  // 任一任务完成即返回
  await Task.WhenAny(task1, task2);
  

6. 架构设计建议

• 分层异步：从数据访问层到UI层全面使用async/await
• 限制并发度：

  using var semaphore = new SemaphoreSlim(10); // 最大10并发
  await semaphore.WaitAsync();
  try { ... } finally { semaphore.Release(); }
  

• 避免async void：仅事件处理可使用，其他场景返回Task

核心价值：通过高效的线程资源利用，在保持响应性的同时提升吞吐量。典型应用场景包括高并发Web服务、响应式UI和I/O密集型操作。