C#中无法按正确顺序并发调用异步方法的问题排查

原始代码与需求 #

我正在学习C#异步方法，编写了一个按顺序调用方法并计算总耗时的小程序，代码如下：

public static async Task<string> MakeCoffeeAsync()
{
    Thread.Sleep(3000);
    return("Coffee is Ready");           
}

public static async Task<string> ToastBreadAsync()
{
    Thread.Sleep(2000);
    return ("Bread is Toasted");
}

public static async Task<string> ApplyJamToBreadAsync()
{
    Thread.Sleep(1000);
    return ("Jam added to Bread");
}

public static async void MakeBreakfast()
{
    Console.WriteLine("Making Breakfast async way");

    Stopwatch sw = new Stopwatch();
    sw.Start();

    Console.WriteLine(await MakeCoffeeAsync());
    Console.WriteLine(await ToastBreadAsync());
    Console.WriteLine(await ApplyJamToBreadAsync());            

    sw.Stop();
    Console.WriteLine("Normal Way - Total Time Taken " + sw.ElapsedMilliseconds / 1000 + " Seconds");
}

该代码正常运行，总耗时6秒符合预期。

现在希望实现两个任务并行执行：一个任务执行制作咖啡（耗时3秒），另一个任务先烤面包（耗时2秒），完成后再涂果酱（耗时1秒），烤面包和涂果酱的顺序不能颠倒。预期总耗时应为3秒，因为制作咖啡与（烤面包+涂果酱）并行。

尝试了以下代码，但运行后仅输出"Making Breakfast Concurrent way"，无其他内容：

public static async void MakeBreakfastConcurrent()
{
    Console.WriteLine("Making Breakfast Concurrent way");

    Stopwatch sw = new Stopwatch();
    sw.Start();
                
    await Task.Run(() => Console.WriteLine(MakeCoffeeAsync()));

    await Task.Run(() => {
        Console.WriteLine(ToastBreadAsync());
        Console.WriteLine(ApplyJamToBreadAsync());
    });
 
    sw.Stop();
    Console.WriteLine("Normal Way - Total Time Taken " + sw.ElapsedMilliseconds / 1000 + " Seconds");
}

错误分析 #

• 错误使用Thread.Sleep：异步方法中使用Thread.Sleep会阻塞当前线程，完全违背异步非阻塞的设计初衷，应该替换为非阻塞的await Task.Delay()。
• 未正确等待异步任务：MakeCoffeeAsync()、ToastBreadAsync()、ApplyJamToBreadAsync()调用时未加await，导致直接输出Task对象而非方法返回值，且任务未被等待完成；同时Task.Run的lambda内部未等待异步方法完成，任务可能在未执行完毕就被终止。
• 任务未真正并行：两个Task.Run被顺序await，实际是串行执行，而非并行运行。

正确实现方案 #

第一步：修正异步方法的延迟方式 #

将所有Thread.Sleep替换为await Task.Delay，保证异步方法非阻塞：

public static async Task<string> MakeCoffeeAsync()
{
    await Task.Delay(3000);
    return "Coffee is Ready";           
}

public static async Task<string> ToastBreadAsync()
{
    await Task.Delay(2000);
    return "Bread is Toasted";
}

public static async Task<string> ApplyJamToBreadAsync()
{
    await Task.Delay(1000);
    return "Jam added to Bread";
}

第二步：实现并行任务逻辑 #

先定义一个组合任务（烤面包+涂果酱），再同时启动咖啡任务和组合任务，最后等待两者都完成，实现并行执行：

public static async void MakeBreakfastConcurrent()
{
    Console.WriteLine("Making Breakfast Concurrent way");

    Stopwatch sw = new Stopwatch();
    sw.Start();

    // 定义组合任务：先烤面包，再涂果酱
    var breadTask = Task.Run(async () => 
    {
        Console.WriteLine(await ToastBreadAsync());
        Console.WriteLine(await ApplyJamToBreadAsync());
    });

    // 启动咖啡任务
    var coffeeTask = Task.Run(async () => 
    {
        Console.WriteLine(await MakeCoffeeAsync());
    });

    // 等待两个并行任务都完成
    await Task.WhenAll(breadTask, coffeeTask);

    sw.Stop();
    Console.WriteLine("Concurrent Way - Total Time Taken " + sw.ElapsedMilliseconds / 1000 + " Seconds");
}

执行效果 #

运行后会输出类似内容，总耗时约3秒，符合预期：

Making Breakfast Concurrent way
Bread is Toasted
Jam added to Bread
Coffee is Ready
Concurrent Way - Total Time Taken 3 Seconds

补充：类似JS的.then()链式调用实现 #

如果想要实现类似JS中.then()的顺序链式调用，可以先封装组合逻辑：

public static async Task PrepareBreadAsync()
{
    var toastResult = await ToastBreadAsync();
    Console.WriteLine(toastResult);
    var jamResult = await ApplyJamToBreadAsync();
    Console.WriteLine(jamResult);
}

然后在并行逻辑中调用，也可以用ContinueWith模拟.then()：

var breadTask = PrepareBreadAsync();
var coffeeTask = MakeCoffeeAsync().ContinueWith(t => Console.WriteLine(t.Result));
await Task.WhenAll(breadTask, coffeeTask);

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bluemarble