一、同步

同步概念大家都很熟悉。在异步概念出来之前，我们的代码都是按同步的方式写的。简单来说，就是程序严格按照代码的逻辑次序，一行一行执行。

看一段代码：

public static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Syc proccess - start");

    Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func1");
    func1();
    Console.WriteLine("Syc proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func2");
    func2();
    Console.WriteLine("Syc proccess - out Func2");

    Console.WriteLine("Syc proccess - enter Func3");
    func3();
    Console.WriteLine("Syc proccess - out Func3");

    Console.WriteLine("Syc proccess - done");
}

private static void func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

private static void func2()
{
    Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
    Thread.Sleep(3000);
    Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}

private static void func3()
{
    Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
    Thread.Sleep(5000);
    Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}

这是一段简单的通常意义上的代码，程序按代码的次序同步执行，看结果：

Syc proccess - start
Syc proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Syc proccess - out Func1
Syc proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Syc proccess - out Func2
Syc proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Syc proccess - out Func3
Syc proccess - done

没有任何意外。

那异步呢？

异步，来自于对同步处理的改良和优化。

应用中，经常会有对于文件或网络、数据库的IO操作。这些操作因为IO软硬件的原因，需要消耗很多时间，但通常情况下CPU计算量并不大。在同步的代码中，这个过程会被阻塞。直白的说法就是这一行代码没执行完成，程序就得等着，等完成后再执行下一行代码，而这个等待的时间中，CPU资源就被浪费了，闲着了，什么也没做。（当然，操作系统会调度CPU干别的，这儿不抬杠。）

异步编程模型和规范因此出现了，通过某种机制，让程序在等着IO的过程中，继续做点别的事，等IO的过程完成了，再回来处理IO的内容。这样CPU也没闲着，在等IO的过程中多做了点事。反映到用户端，就感觉程序更快了，用时更短了。
下面重点说一下异步编程相关的内容。

二、异步编程

C#中，异步编程，一个核心，两个关键字。

一个核心是指Task和Task对象，而两个关键字，就是async和await。

在遇到awiat关键字之前，程序是按照代码顺序自上而下以同步方式执行的。
在遇到await关键字之后，系统做了以下工作：
异步方法将被挂起
将控制权返回给调用者
使用线程池中的线程（而非额外创建新的线程）来计算await表达式的结果，所以await不会造成程序的阻塞
完成对await表达式的计算之后，若await表达式后面还有代码则由执行await表达式的线程（不是调用方所在的线程）继续执行这些代码

定义一个异步方法应满足以下几点：
使用async关键字来修饰方法
在异步方法中使用await关键字（不使用编译器会给出警告但不报错），否则异步方法会以同步方式执行
尽量不使用void作为返回类型，若希望异步方法返回void类型，请使用Task
异步方法名称以Async结尾
异步方法中不能声明使用ref或out关键字修饰的变量

从各种渠道给出的异步编程，都是下面的方式：

async Task function()
{
  /* your code here */
}

然后调用的方式：

await function();

是这样的吗？no

我们来看代码：

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Async proccess - start");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
    await func1();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
    await func2();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
    await func3();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");

    Console.WriteLine("Async proccess - done");

    Console.WriteLine("Main proccess - done");
}

private static async Task func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

private static async Task func2()
{
    Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
    Thread.Sleep(3000);
    Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}

private static async Task func3()
{
    Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
    Thread.Sleep(5000);
    Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}
跑一下结果：

Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done

咦？这个好像跟同步代码的执行结果没什么区别啊？

嗯，完全正确。上面这个代码，真的是同步执行的。

这是异步编程的第一个容易错误的理解：async和await的配对。

三、async和await的配对

在异步编程的规范中，async修饰的方法，仅仅表示这个方法在内部有可能采用异步的方式执行，CPU在执行这个方法时，会放到一个新的线程中执行。

那这个方法，最终是否采用异步执行，不决定于是否用await方式调用这个方法，而决定于这个方法内部，是否有await方式的调用。

看代码，很容易理解：

private static async Task func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

这个方法，因为方法内部没有await调用，所以这个方法永远会以同步方式执行，不管你调用这个方法时，有没有await。

而下面这个代码：

private static async Task func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

因为这个方法里有await调用，所以这个方法不管你以什么方式调用，有没有await，都是异步执行的。

看代码：

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Async proccess - start");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
    func1();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
    func2();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
    func3();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");

    Console.WriteLine("Async proccess - done");

    Console.WriteLine("Main proccess - done");

    Console.ReadKey();
}

private static async Task func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
}

private static async Task func2()
{
    Console.WriteLine("Func2 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(3000));
    Console.WriteLine("Func2 proccess - end");
}

private static async Task func3()
{
    Console.WriteLine("Func3 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(5000));
    Console.WriteLine("Func3 proccess - end");
}

输出结果：.

Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done
Func1 proccess - end
Func2 proccess - end
Func3 proccess - end

结果中，在长时间运行Thread.Sleep的时候，跳出去往下执行了，是异步。

又有问题来了：不是说异步调用要用await吗？

我们把await加到调用方法的前边，试一下：

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Async proccess - start");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
    await func1();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func2");
    await func2();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func2");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func3");
    await func3();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func3");

    Console.WriteLine("Async proccess - done");

    Console.WriteLine("Main proccess - done");

    Console.ReadKey();
}

跑一下结果：

Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Func1 proccess - end
Async proccess - out Func1
Async proccess - enter Func2
Func2 proccess - start
Func2 proccess - end
Async proccess - out Func2
Async proccess - enter Func3
Func3 proccess - start
Func3 proccess - end
Async proccess - out Func3
Async proccess - done
Main proccess - done

嗯？怎么又像是同步了？

对，这是第二个容易错误的理解：await是什么意思？

四、await是什么意思

提到await，就得先说说Wait。

字面意思，Wait就是等待。

前边说了，异步有一个核心，是Task。而Task有一个方法，就是Wait，写法是Task.Wait()。所以，很多人把这个Wait和await混为一谈，这是错的。

这个问题来自于Task。C#里，Task不是专为异步准备的，它表达的是一个线程，是工作在线程池里的一个线程。异步是线程的一种应用，多线程也是线程的一种应用。Wait，以及Status、IsCanceled、IsCompleted、IsFaulted等等，是给多线程准备的方法，跟异步没有半毛钱关系。当然你非要在异步中使用多线程的Wait或其它，从代码编译层面不会出错，但程序会。

尤其，Task.Wait()是一个同步方法，用于多线程中阻塞等待。

在那个「同步方法中调用异步方法」的文章中，用Task.Wait()来实现同步方法中调用异步方法，这个用法本身就是错误的。异步不是多线程，而且在多线程中，多个Task.Wait()使用也会死锁，也有解决和避免死锁的一整套方式。

再说一遍：Task.Wait()是一个同步方法，用于多线程中阻塞等待，不是实现同步方法中调用异步方法的实现方式。

说回await。字面意思，也好像是等待。是真的吗？

并不是，await不完全是等待的意思。

在异步中，await表达的意思是：当前线程/方法中，await引导的方法出结果前，跳出当前线程/方法，从调用当前线程/方法的位置，去执行其它可能执行的线程/方法，并在引导的方法出结果后，把运行点拉回到当前位置继续执行；直到遇到下一个await，或线程/方法完成返回，跳回去刚才外部最后执行的位置继续执行。

有点绕，还是看代码：

static async Task Main(string[] args)
  {
1     Console.WriteLine("Async proccess - start");

2     Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
3     func1();
4     Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

5     Console.WriteLine("Async proccess - done");

6         Thread.Sleep(2000);

7     Console.WriteLine("Main proccess - done");

8    Console.ReadKey();
  }

  private static async Task func1()
  {
9     Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
10    await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
11    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");
  }

这个代码，执行时是这样的：顺序执行1、2、3，进到func1，执行9、10，到10时，有await，所以跳出，执行4、5、6。而6是一个长时等待，在等待的过程中，func1的10运行完成，运行点跳回10，执行11并结束方法，再回到6等待，结束等待后继续执行7、8结束。

我们看一下结果：

Async proccess - start
Async proccess - enter Func1
Func1 proccess - start
Async proccess - out Func1
Async proccess - done
Func1 proccess - end
Main proccess - done

映证了这样的次序。

在这个例子中，await在控制异步的执行次序。那为什么要用等待这么个词呢？是因为await确实有等待结果的含义。

这是await的第二层意思。

五、await的第二层意思：等待拿到结果
await确实有等待的含义。等什么？等异步的运行结果。

看代码：

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Async proccess - start");

    Console.WriteLine("Async proccess - enter Func1");
    Task<int> f = func1();
    Console.WriteLine("Async proccess - out Func1");

    Console.WriteLine("Async proccess - done");

    int result = await f;

    Console.WriteLine("Main proccess - done");

    Console.ReadKey();
}

private static async Task<int> func1()
{
    Console.WriteLine("Func1 proccess - start");
    await Task.Run(() => Thread.Sleep(1000));
    Console.WriteLine("Func1 proccess - end");

    return 5;
}

比较一下这段代码和上一节的代码，很容易搞清楚执行过程。

这个代码，完成了这样一个需求：我们需要使用func1方法的返回值。我们可以提前去执行这个方法，而不急于拿到方法的返回值，直到我们需要使用时，再用await去获取到这个返回值去使用。

这才是异步对于我们真正的用处。对于一些耗时的IO或类似的操作，我们可以提前调用，让程序可以利用执行过程中的空闲时间来完成这个操作。等到我们需要这个操作的结果用于后续的执行时，我们await这个结果。这时候，如果await的方法已经执行完成，那我们可以马上得到结果；如果没有完成，则程序将继续执行这个方法直到得到结果。

六、同步方法中调用异步
正确的方法只有一个：

func1().GetAwaiter().GetResult();

这其实就是await的一个变形。

（全文完）

作者：瀚高PG实验室 （Highgo PG Lab）- 徐云鹤
背景：
小L:鹤神鹤神，为什么我设置的同步流复制，主库提交之后备库查不到数据呢？
我：估计是你设置的同步级别不够高~
小L:还分同步级别？同步模式不就是保证两边数据一致的吗？怎么还会出现主库能查到数据备库查不到数据的情况呢？查询pg_stat_replication里边显示sync不就是代表数据一致吗？
我：带我给你慢慢道来。

pg同步流复制和异步流复制关键在于两个参数：
synchronous_standby_names 控制哪些standby被应用同步策略，该参数使用方法不在此赘述；
synchronous_commit控制同步策略级别。
你以为的同步可能不是你以为的同步。
即使是通过pg_stat_replication查询出sync_state列值为sync也不一定是真正的同步。
下边通过一个图片和表格来直观提现什么时候是同步，什么时候是异步，及不同等级之间的区别。

synchronous_commit参数：

同步等级	设定值	概述	保证范围
同步	remote_apply	应用发起提交后，等到在备库上应用WAL（更新数据）后，它将返回COMMIT响应，并且可以在备库上进行引用。由于完全保证了数据同步，因此它适合需要备库始终保持最新数据的负载分配场景。	1-9
同步	on（默认）	应用发起提交后，在备库上写入WAL之后，返回COMMIT响应。该选项是性能和可靠性之间的最佳平衡。	1-6
准同步的	remote_write	应用发起提交后，等到WAL已传输到备库后，返回COMMIT响应。	1-5
异步	local	应用发起提交后，写入主库WAL之后，返回COMMIT响应。	1-2
异步	off	应用发起提交后，直接返回COMMIT响应，而无需等待主库WAL完成写入。	1

最后举个例子，主库设置synchronous_commit为on，备库设置recovery_min_apply_delay = ‘1d’。
这样就会出现主库pg_stat_replication查询出sync_state列值为sync，提交一条数据后备库查不到的现象。