在C#中，异步编程因其能够提升应用程序性能和响应能力而变得越来越流行。async和await关键字使得编写异步代码变得更加容易，但如果使用不当，它们也可能引入一些陷阱。一个常见的错误是在循环中使用await，这可能导致性能瓶颈和意外行为。在本文中，我们将探讨为什么应该避免在C#循环中使用await，并讨论一些更高效地处理异步操作的替代方法。
一 在循环中使用await的问题
1、顺序执行
当在循环中使用await时，每次迭代都会等待前一次迭代完成后再开始。这导致了顺序执行，抵消了异步编程的好处。请看以下示例：
foreach (var item in items)
{ await ProcessItemAsync(item);
}在这段代码中，每次迭代都会等待ProcessItemAsync完成后再进行下一次迭代。如果ProcessItemAsync需要较长时间才能完成，这会导致性能不佳。
示例场景
假设我们需要通过异步下载处理一组URL的内容。在循环中使用await的代码如下：
foreach (var url in urls)
{ var content = await DownloadContentAsync(url); ProcessContent(content);
}在这种情况下，每个URL都是一个接一个地处理，导致总执行时间是所有单个下载时间的总和。如果我们有10个URL，每个下载需要1秒，总执行时间将大约是10秒。
2、资源争用
在循环中使用await还可能导致资源争用。每次迭代都会占用资源（如内存和网络连接）直到等待的任务完成。这可能导致可用资源的耗尽，尤其是在处理大量任务时。
二 更好的替代方法
1、使用Task.WhenAll
为了并发执行异步操作，我们可以使用Task.WhenAll。这种方法允许我们一次启动所有异步任务，并等待它们全部完成。以下是如何重写前面的示例：
using System.Diagnostics;
using System.Net;namespace ConsoleApp1
{public class Program{public async static Task Main(string[] args){var urls = new List<string>{"https://www.163.com","https://www.microsoft.com","https://www.baidu.com"};Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();foreach (var url in urls){var content = await DownloadContentAsync(url);ProcessContent(content);}Console.WriteLine($"foreach总共用时：{sw.Elapsed.TotalSeconds}秒");Stopwatch sw2 = Stopwatch.StartNew();var downloadTasks = urls.Select(url => DownloadContentAsync(url)).ToArray();var contents = await Task.WhenAll(downloadTasks);foreach (var content in contents){ProcessContent(content);}Console.WriteLine($"WhenAll总共用时：{sw2.Elapsed.TotalSeconds}秒");}public async static Task<string> DownloadContentAsync(string url){using (var client = new HttpClient(new HttpClientHandler() { AutomaticDecompression = DecompressionMethods.GZip })){client.DefaultRequestHeaders.Add("User-Agent", "Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/92.0.4515.107 Safari/537.36");var response = await client.GetAsync(url);response.EnsureSuccessStatusCode();return await response.Content.ReadAsStringAsync();}}public static void ProcessContent(string content){Console.WriteLine($"处理内容的长度: {content.Length}");// 这里可以添加更多的内容处理逻辑 }}}
}
在这个版本中，所有下载任务同时启动，我们等待它们全部完成后再处理结果。这种方法显著减少了总执行时间，因为任务是并行运行的。经测验，循环多少次，Task.WhenAll的速度比foreach的速度快大概多少倍！
2、使用Parallel.ForEachAsync
C#还提供了Parallel.ForEachAsync，它允许你在不阻塞主线程的情况下并行运行异步操作：
await Parallel.ForEachAsync(urls, async (url, cancellationToken) =>
{ var content = await DownloadContentAsync(url); ProcessContent(content);
});Parallel.ForEachAsync确保多个迭代可以并发运行，提升性能的同时保持代码的简洁和可读性。
Parallel.ForEachAsync的运行效率与Task.WhenAll的效率差不多
3、限制并发
在某些情况下，运行过多的并发任务可能会使系统资源不堪重负。我们可以通过使用SemaphoreSlim来限制并发级别：
这个在执行过程中产生了异常，等解决了在继续讨论
这种方法限制了并发任务的数量，更有效地管理资源使用。
三 结论
虽然await是C#异步编程的强大工具，但在循环中使用它可能导致性能不佳和资源争用。通过理解顺序执行的影响，并利用Task.WhenAll、Parallel.ForEachAsync和SemaphoreSlim等替代方法，我们可以编写更高效和健壮的异步代码。避免在循环中使用await并采用更好的模式将提升你的应用程序性能，使代码更易维护和扩展。遵循这些最佳实践，你可以充分利用C#异步编程的潜力。
