哈囉大家好！
今天要介紹在撰寫程式碼中很常用到的「非同步程式設計」(Asynchronous Programming)！

C#中的非同步程式設計(Asynchronous Programming)，可以讓程式在執行時操作時，不必停下來等待結果，可以釋放執行緒(Thread)去處理其他的任務。

async和await

C# 透過async和await兩個關鍵字來撰寫非同步程式碼，稱為工作基礎非同步非同步模式(Task-based Asynchronous Pattern)。

1. async

   • 用來標記一個function是非同步function。
   • 非同步function通常會回傳Task(沒有回傳值)或Task<T>（有回傳值T)來代表一個進行中的非同步操作。

2. await

   • 只能在async function中使用。
   • 用來等待一個Task完成
   • 當程式碼執行到await時，如果該Task還沒有完成，程式會暫停function, 並將控制權交給caller，這時執行緒會被釋放。
   • 當等待的Task完成時，程式會從await之後的位置自動恢復執行。

比較「同步」和「非同步」的差異

這裡我用「家庭主婦媽媽」來比喻執行緒(Thread)處理任務的過程：

1.同步(Synchronous)
有一位家庭主婦媽媽（一個執行緒），需要完成三項任務：洗衣服、烤土司、泡咖啡。
媽媽早上的任務流程如下:

• 開始洗衣服（需要1個半小時）
• 媽媽站在旁邊等衣服洗好拿去晾乾 (執行緒被阻塞)
• 衣服晾好之後，媽媽開始烤土司（需要10分鐘）
• 媽媽站在那裡等土司烤好 (執行緒被阻塞)
• 土司烤好了，媽媽開始泡咖啡（需要5分鐘）
• 媽媽站在那裡等咖啡泡好 (執行緒被阻塞)
  總共花了1小時45分鐘，大部分的時間都用來等待任務完成，但媽媽(執行緒）在等待的時候無法做任何事。

2. 非同步(Asynchronous)
   媽媽改成採用「非同步方式」執行任務：

• 媽媽立刻把衣服丟入洗衣機，倒入洗衣劑按下啟動按鈕(Task啟動）
• 媽媽：「當衣服洗好時，請通知我」，然後跑去做下一個任務-烤土司 （執行緒被釋放）
• 媽媽立刻打開電磁爐、倒油並把蛋打入 (Task啟動）
• 媽媽：「當蛋煮熟時，請通知我」，然後立刻跑去做下一個任務-泡咖啡
• 當蛋煎好時(Task完成），通知系統（爐子發出聲音），媽媽回來把蛋盛裝，並且回去繼續泡咖啡。
• 當咖啡煮好時(Task完成），媽媽將咖啡倒入杯中。
• 最後媽媽等到衣服洗好（洗衣機發出逼逼聲，Task完成），媽媽將衣服拿去晾乾。
  所有的任務同時開始，所以總共花費的時津取決於時間最長的任務（洗衣服）。媽媽（執行緒）幾乎沒有閒置等待的時候，因為一直輪轉於不同任務之間。

角色名詞對應：

• 媽媽/執行緒Thread: 負責執行程式碼指令
• 洗衣服,煎蛋,泡咖啡/Task: 代表一個耗時的非同步操作
• 當...時，請通知我/await: 讓執行緒在等待通知的過程可以去做其他的任務，不會進行閒置的等待。

非同步的優點

1. 響應性：非同步操作讓使用者在使用應用程式時，防止UI(使用者介面）在等待網路回應時凍結，提高使用者體驗。
2. 可擴展性：釋放執行緒代表伺服器可以處理更多併發的使用者請求，不需要因為等待而浪費執行緒。

實際撰寫非同步function

這裡用一個情境例子來練習：我要將log寫入特定文字檔中，要透過async function來提高應用程式的響應性（避免在寫入log時因為寫入大檔案或共享資料夾，同步設計造成UI介面暫時停止響應）：

using System;
using System.IO;
using System.Threading;

public class LogProcessor
{
    private const string LogFilePath = "my_example_log.txt";

    public async Task WriteLogAsync(string message)
    {
        string logEntry = $"{DateTime.Now:HH:mm:ss} [Thread ID: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}] - {message}";
        Console.WriteLine($"準備寫入日誌: {logEntry}");
        await Task.Delay(5000); // await 5秒

        await File.AppendAllTextAsync(LogFilePath, logEntry + Environment.NewLine);

        Console.WriteLine("日誌寫入完成");
    } 
}

public class Program
{
    public static async Task Main(string[] args)
    {
        LogProcessor processor = new LogProcessor();
        
        Console.WriteLine("main：啟動日誌寫入。");

        await processor.WriteLogAsync("使用者登入事件"); 

        Console.WriteLine("main：寫入完成，執行其他工作");
    }
}

程式執行流程如下：

1. 會馬上印出「main：啟動日誌寫入」。
2. 遇到await Task.Delay(5000)時，會把控制權返回給caller(Main function)>
3. Main function會立刻執行並印出「main：寫入完成，執行其他工作」。
4. 大約5秒後，將訊息寫入日誌後，會印出「日誌寫入完成」。