如何从头实现异步I/O绑定操作？

Question

我试图理解如何以及何时使用异步编程，并了解I/O绑定操作，但我并不理解它们。我想从头开始实施它们。我怎么能那么做？

考虑下面的同步示例：

private void DownloadBigImage() {
    var url = "https://cosmos-magazine.imgix.net/file/spina/photo/14402/180322-Steve-Full.jpg";
    new WebClient().DownloadFile(url, "image.jpg");
}

如何实现Async版本，只使用普通的同步方法DownloadBigImage，而不使用task.run，因为这将使用线程池中的线程进行等待--这太浪费了！

await new WebClient().DownloadFileTaskAsync(url, "image.jpg");

基本上，我必须使用“p/invoke interop调用到本地网络库”...但怎么做？

Answer 1

我认为这是一个非常有趣的问题，也是一个有趣的学习练习。

从根本上说，您不能使用任何现有的同步API。一旦它是同步的，就没有办法把它变成真正的异步。您正确地识别了task.run和它的等价物不是解决方案。

如果拒绝调用任何async.NET API，则需要使用PInvoke调用本机API。这意味着您需要调用WinHTTP API或直接使用套接字。这是可能的，但我没有经验来指导你。

using (var s = new Socket(...))
{
 s.Connect(...);
 s.Send(GetHttpRequestBytes());
 var response = new StreamReader(new NetworkStream(s)).ReadToEnd();
}

using (var s = new Socket(...))
{
 await s.ConnectAsync(...);
 await s.SendAsync(GetHttpRequestBytes());
 var response = await new StreamReader(new NetworkStream(s)).ReadToEndAsync();
}

如果您认为await在练习目标方面作弊，则需要使用回调来编写此代码。这太糟糕了，所以我要写连接部分：

var s = new Socket(...)
s.BeginConnect(..., ar => {
   //perform next steps here
}, null);

同样，这段代码非常原始，但它展示了原理。您不必等待IO完成（隐式地发生在connect内部），而是注册一个在IO完成时调用的回调。这样主线程继续运行。这就把你的代码变成了意大利面。

您需要用回调编写安全处理。这是一个问题，因为异常处理不能跨越回调。另外，如果您不想依赖框架来执行此操作，您可能需要编写一个读循环。异步循环可能会影响思维。