C#线程间通信是一个常见的问题，当我们需要在多个线程间共享数据或者进行协作时，就需要使用线程间通信机制。异步机制是其中一种常用的通信方式，其可以有效避免线程阻塞的问题，并且能够方便地实现所需的功能。

本文将为大家详细讲解C#线程间通信的异步机制，包括异步编程模型（APM）、基于事件的异步编程模型（EAP）和基于任务的异步编程模型（TAP）。并且通过两个示例来说明如何使用异步机制进行线程间通信。

异步编程模型

异步编程模型（APM）

异步编程模型（APM）是.NET Framework中最早的异步编程方式，其基于回调函数实现。在APM中，当一个异步操作请求发出后，主线程将会继续执行，而异步操作则在后台执行。当异步操作完成后，将回调一个定义好的回调函数，该回调函数将会在主线程中运行，以便得到异步操作的结果。

APM具有如下的特点：

异步操作是由调用线程启动的，但是执行是在异步线程中完成的。
异步操作完成之后，需要调用一个回调函数进行结果处理。
发布并消费异步操作的代码非常容易出现过多的回调嵌套。

下面是一个使用APM实现线程间通信的示例：

static void Main(string[] args)
{
  //创建一个异步操作对象
  IAsyncResult asyncResult = Func.BeginInvoke(1000, new AsyncCallback(Completed), null);

  //主线程继续执行
  Console.WriteLine("主线程继续执行，等待异步操作完成...");

  //等待异步操作完成
  while (!asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(100))
  {
    //打印等待信息
    Console.Write(".");
  }

  //通过EndInvoke获取异步操作的执行结果
  var result = Func.EndInvoke(asyncResult);

  //打印结果
  Console.WriteLine($"\r\n异步操作完成，结果为：{result}");
  Console.ReadKey();
}

//定义一个异步方法
static Func<int, int> Func = (arg) =>
{
  Console.WriteLine("异步操作开始执行...");
  Thread.Sleep(arg);
  Console.WriteLine("异步操作执行完成。");
  return arg * 2;
};

//定义一个回调函数
static void Completed(IAsyncResult asyncResult)
{
  Console.WriteLine("异步操作回调函数执行。");
}

上面的示例中，我们通过创建一个异步操作对象来启动异步操作，然后在主线程中继续执行，并且在等待异步操作完成时，使用While循环来打印等待信息。当异步操作完成后，我们通过异步操作对象上的EndInvoke方法来获取异步操作的执行结果，并在主线程中进行输出。

基于事件的异步编程模型（EAP）

基于事件的异步编程模型（EAP）是对APM的一种扩展和改进，其通过使用事件来维护异步操作的执行状态和结果，并提供了更加灵活和可读性强的异步编程方式。

EAP具有如下的特点：

异步操作通过一个开始方法进行启动，而不需要将异步对象和回调函数作为参数传递。
异步操作完成后，将会触发一个事件，事件处理函数将会在主线程中处理异步操作的结果。
EAP对于并发限制的处理更加细致和智能化。

下面是一个使用EAP实现线程间通信的示例：

static void Main(string[] args)
{
  //创建一个异步对象
  var worker = new BackgroundWorker();

  //声明并绑定工作者、进度和完成事件
  worker.DoWork += DoWorkHandler;
  worker.ProgressChanged += ProgressChangedHandler;
  worker.RunWorkerCompleted += RunWorkerCompletedHandler;

  //启动异步操作
  worker.RunWorkerAsync(1000);

  //主线程继续执行
  Console.WriteLine("主线程继续执行，等待异步操作完成...");
  while (!_isCompleted)
  {
    Console.Write(".");
    Thread.Sleep(100);
  }

  Console.ReadKey();
}

static bool _isCompleted = false;

//定义异步操作委托
static Action<int, BackgroundWorker> DoWork = (arg, worker) =>
{
  Console.WriteLine("异步操作开始执行...");
  Thread.Sleep(arg);
  Console.WriteLine("异步操作执行完成。");
};

//定义异步操作进度回调函数
static Action<int> ProgressChanged = (progress) =>
{
  Console.WriteLine($"异步操作进度为：{progress}%");
};

//定义异步操作完成回调函数
static Action<object, RunWorkerCompletedEventArgs> RunWorkerCompleted = (sender, e) =>
{
  Console.WriteLine($"异步操作回调函数执行，结果为：{e.Result}");
  _isCompleted = true;
};

//定义DoWork事件处理函数
static void DoWorkHandler(object sender, DoWorkEventArgs e)
{
  var worker = sender as BackgroundWorker;
  int arg = (int)e.Argument;

  //调用异步操作委托，完成异步操作
  DoWork(arg, worker);
}

//定义ProgressChanged事件处理函数
static void ProgressChangedHandler(object sender, ProgressChangedEventArgs e)
{
  //调用进度回调函数，处理异步执行状态
  ProgressChanged(e.ProgressPercentage);
}

//定义RunWorkerCompleted事件处理函数
static void RunWorkerCompletedHandler(object sender, RunWorkerCompletedEventArgs e)
{
  //调用完成回调函数，处理异步执行结果
  RunWorkerCompleted(sender, e);
}

上面的示例中，我们通过创建一个BackgroundWorker对象来启动异步操作，然后声明和绑定处理异步操作的工作者，进度和完成事件，并在这些事件处理函数中完成异步执行状态和结果的处理。在主线程中，我们通过轮询_isCompleted变量的值来等待异步操作的完成。当异步操作完成后，我们在主线程中输出异步操作的结果。

基于任务的异步编程模型（TAP）

基于任务的异步编程模型（TAP）是.NET Framework中最新的异步编程方式，其建立在Task Parallel Library之上。TAP将异步操作抽象为一个Task对象，开发者不需要手动创建异步回调函数，只需要编写相应的异步方法，返回一个Task对象即可。

TAP具有如下的特点：

在执行异步操作时，会返回一个Task对象，该任务对象可以在需要等待异步操作完成时进行await。
TAP提供了一组可操作的方法和属性，可以帮助开发者控制异步操作的状态和结果。
TAP对于异步操作的返回值和状态具有更好的类型安全性和可读性。

下面是一个使用TAP实现线程间通信的示例：

static async Task Main(string[] args)
{
  Console.WriteLine("启动异步操作...");
  var result = await FuncAsync(1000);
  Console.WriteLine($"异步操作执行完成，结果为：{result}");
  Console.ReadKey();
}

//定义异步操作方法
static Task<int> FuncAsync(int arg)
{
  Console.WriteLine("异步操作开始执行...");
  return Task.Run(() =>
  {
    Thread.Sleep(arg);
    Console.WriteLine("异步操作执行完成。");
    return arg * 2;
  });
}

上面的示例中，我们通过在Main方法标记async和await关键字来启动异步操作，并定义了一个名为FuncAsync的异步方法，该方法返回一个Task对象。在异步方法中，我们通过Task.Run方法来启动异步操作，并且将异步计算的结果返回。

TAP通过采用语义化丰富的API设计，可以简化异步代码的编写和复杂度，因此通常是最佳的异步编程方式。

示例

下面是两个使用异步机制实现线程间通信的示例：

异步委托示例

static void Main(string[] args)
{
  //创建一个AsyncDelegate对象
  var asyncDelegate = new AsyncDelegate();

  //启动异步操作
  asyncDelegate.StartAsync(1000, (result) =>
  {
    Console.WriteLine($"异步操作完成，结果为：{result}");
  });

  Console.WriteLine("主线程继续执行...");
  Console.ReadKey();
}

public delegate int AsyncFunc(int arg);

//定义AsyncDelegate异步委托
public class AsyncDelegate
{
  //定义异步委托
  private AsyncFunc _asyncFunc;

  //定义开始异步操作的方法
  public void StartAsync(int arg, Action<int> callback)
  {
    if (_asyncFunc == null)
      _asyncFunc = new AsyncFunc(this.Process);

    //开始异步操作
    _asyncFunc.BeginInvoke(arg, (asyncResult) =>
    {
      //获取结果
      var result = _asyncFunc.EndInvoke(asyncResult);

      //回调函数
      callback(result);
    }, null);
  }

  //定义异步操作的执行方法
  private int Process(int arg)
  {
    Console.WriteLine("异步操作开始执行...");
    Thread.Sleep(arg);
    Console.WriteLine("异步操作执行完成。");
    return arg * 2;
  }
}

上面的示例通过使用异步委托来实现线程间通信，并且通过StartAsync方法来启动异步操作。在异步操作完成后，我们通过定义好的回调函数来处理异步操作的结果。这种方式相对于APM模式来说，能够更好的避免回调函数嵌套的问题，但是使用起来也相对略微麻烦。

TPL示例

static void Main(string[] args)
{
  //启动异步操作
  var task = Task.Run(() =>
  {
    Console.WriteLine("异步操作开始执行...");
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("异步操作执行完成。");
    return 123;
  });

  //使用await等待异步操作的完成并获取结果
  var result = task.GetAwaiter().GetResult();

  Console.WriteLine($"异步操作完成，结果为：{result}");
  Console.ReadKey();
}

上面的示例通过使用TPL来实现线程间通信，我们在任务计算完成后，使用await关键字等待异步操作的完成，然后获取异步操作的结果并输出。使用TPL编写异步代码简单明了，减少了回调函数的使用和嵌套，同时让异步操作的状态和处理方式更加清晰易读。

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C#线程间通信的异步机制