C#中 Thread,Task,Async/Await,IAsyncResult 的那些事兒!
說起非同步,Thread,Task,async/await,IAsyncResult 這些東西肯定是繞不開的,今天就來依次聊聊他們
1.執行緒(Thread)
多執行緒的意義在於一個應用程式中,有多個執行部分可以同時執行;對於比較耗時的操作(例如io,資料庫操作),或者等待響應(如WCF通訊)的操作,可以單獨開啟後臺執行緒來執行,這樣主執行緒就不會阻塞,可以繼續往下執行;等到後臺執行緒執行完畢,再通知主執行緒,然後做出對應操作!
在C#中開啟新執行緒比較簡單
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主執行緒開始"); //IsBackground=true,將其設定為後臺執行緒 Thread t = new Thread(Run) { IsBackground = true }; t.Start();Console.WriteLine("主執行緒在做其他的事!"); //主執行緒結束,後臺執行緒會自動結束,不管有沒有執行完成 //Thread.Sleep(300); Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("主執行緒結束"); } static void Run() { Thread.Sleep(700); Console.WriteLine("這是後臺執行緒呼叫"); }
執行結果如下圖,
可以看到在啟動後臺執行緒之後,主執行緒繼續往下執行了,並沒有等到後臺執行緒執行完之後。
1.1 執行緒池
試想一下,如果有大量的任務需要處理,例如網站後臺對於HTTP請求的處理,那是不是要對每一個請求建立一個後臺執行緒呢?顯然不合適,這會佔用大量記憶體,而且頻繁地建立的過程也會嚴重影響速度,那怎麼辦呢?執行緒池就是為了解決這一問題,把建立的執行緒存起來,形成一個執行緒池(裡面有多個執行緒),當要處理任務時,若執行緒池中有空閒執行緒(前一個任務執行完成後,執行緒不會被回收,會被設定為空閒狀態),則直接呼叫執行緒池中的執行緒執行(例asp.net處理機制中的Application物件),
使用事例:
for (int i = 0; i < 10; i++) { ThreadPool.QueueUserWorkItem(m => { Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()); }); } Console.Read();
執行結果:
可以看到,雖然執行了10次,但並沒有建立10個執行緒。
1.2訊號量(Semaphore)
Semaphore負責協調執行緒,可以限制對某一資源訪問的執行緒數量
這裡對SemaphoreSlim類的用法做一個簡單的事例:
static SemaphoreSlim semLim = new SemaphoreSlim(3); //3表示最多隻能有三個執行緒同時訪問 static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(SemaphoreTest).Start(); } Console.Read(); } static void SemaphoreTest() { semLim.Wait(); Console.WriteLine("執行緒" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "開始執行"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("執行緒" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "執行完畢"); semLim.Release(); }
執行結果如下:
可以看到,剛開始只有三個執行緒在執行,當一個執行緒執行完畢並釋放之後,才會有新的執行緒來執行方法!
除了SemaphoreSlim類,還可以使用Semaphore類,感覺更加靈活,感興趣的話可以搜一下,這裡就不做演示了!
2.Task
Task是.NET4.0加入的,跟執行緒池ThreadPool的功能類似,用Task開啟新任務時,會從執行緒池中呼叫執行緒,而Thread每次例項化都會建立一個新的執行緒。
Console.WriteLine("主執行緒啟動"); //Task.Run啟動一個執行緒 //Task啟動的是後臺執行緒,要在主執行緒中等待後臺執行緒執行完畢,可以呼叫Wait方法 //Task task = Task.Factory.StartNew(() => { Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("task啟動"); }); Task task = Task.Run(() => { Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("task啟動"); }); Thread.Sleep(300); task.Wait(); Console.WriteLine("主執行緒結束");
執行結果如下:
開啟新任務的方法:Task.Run()或者Task.Factory.StartNew(),開啟的是後臺執行緒
要在主執行緒中等待後臺執行緒執行完畢,可以使用Wait方法(會以同步的方式來執行)。不用Wait則會以非同步的方式來執行。
比較一下Task和Thread:
static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread(Run1).Start(); } for (int i = 0; i < 5; i++) { Task.Run(() => { Run2(); }); } } static void Run1() { Console.WriteLine("Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); } static void Run2() { Console.WriteLine("Task呼叫的Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); }
執行結果:
可以看出來,直接用Thread會開啟5個執行緒,用Task(用了執行緒池)開啟了3個!
2.1 Task<TResult>
Task<TResult>就是有返回值的Task,TResult就是返回值型別。
Console.WriteLine("主執行緒開始"); //返回值型別為string Task<string> task = Task<string>.Run(() => { Thread.Sleep(2000); return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); }); //會等到task執行完畢才會輸出; Console.WriteLine(task.Result); Console.WriteLine("主執行緒結束");
執行結果:
通過task.Result可以取到返回值,若取值的時候,後臺執行緒還沒執行完,則會等待其執行完畢!
簡單提一下:
Task任務可以通過CancellationTokenSource類來取消,感覺用得不多,用法比較簡單,感興趣的話可以搜一下!
3. async/await
async/await是C#5.0中推出的,先上用法:
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("-------主執行緒啟動-------"); Task<int> task = GetStrLengthAsync(); Console.WriteLine("主執行緒繼續執行"); Console.WriteLine("Task返回的值" + task.Result); Console.WriteLine("-------主執行緒結束-------"); } static async Task<int> GetStrLengthAsync() { Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法開始執行"); //此處返回的<string>中的字串型別,而不是Task<string> string str = await GetString(); Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法執行結束"); return str.Length; } static Task<string> GetString() {
//Console.WriteLine("GetString方法開始執行") return Task<string>.Run(() => { Thread.Sleep(2000); return "GetString的返回值"; }); }
async用來修飾方法,表明這個方法是非同步的,宣告的方法的返回型別必須為:void,Task或Task<TResult>。
await必須用來修飾Task或Task<TResult>,而且只能出現在已經用async關鍵字修飾的非同步方法中。通常情況下,async/await成對出現才有意義,
看看執行結果:
可以看出來,main函式呼叫GetStrLengthAsync方法後,在await之前,都是同步執行的,直到遇到await關鍵字,main函式才返回繼續執行。
那麼是否是在遇到await關鍵字的時候程式自動開啟了一個後臺執行緒去執行GetString方法呢?
現在把GetString方法中的那行註釋加上,執行的結果是:
大家可以看到,在遇到await關鍵字後,沒有繼續執行GetStrLengthAsync方法後面的操作,也沒有馬上反回到main函式中,而是執行了GetString的第一行,以此可以判斷await這裡並沒有開啟新的執行緒去執行GetString方法,而是以同步的方式讓GetString方法執行,等到執行到GetString方法中的Task<string>.Run()的時候才由Task開啟了後臺執行緒!
那麼await的作用是什麼呢?
可以從字面上理解,上面提到task.wait可以讓主執行緒等待後臺執行緒執行完畢,await和wait類似,同樣是等待,等待Task<string>.Run()開始的後臺執行緒執行完畢,不同的是await不會阻塞主執行緒,只會讓GetStrLengthAsync方法暫停執行。
那麼await是怎麼做到的呢?有沒有開啟新執行緒去等待?
只有兩個執行緒(主執行緒和Task開啟的執行緒)!至於怎麼做到的(我也不知道......>_<),大家有興趣的話研究下吧!
4.IAsyncResult
IAsyncResult自.NET1.1起就有了,包含可非同步操作的方法的類需要實現它,Task類就實現了該介面
在不借助於Task的情況下怎麼實現非同步呢?
class Program { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("主程式開始--------------------"); int threadId; AsyncDemo ad = new AsyncDemo(); AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod); IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,out threadId, null, null); Thread.Sleep(0); Console.WriteLine("主執行緒執行緒 {0} 正在執行.",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId) //會阻塞執行緒,直到後臺執行緒執行完畢之後,才會往下執行 result.AsyncWaitHandle.WaitOne(); Console.WriteLine("主程式在做一些事情!!!"); //獲取非同步執行的結果 string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result); //釋放資源 result.AsyncWaitHandle.Close(); Console.WriteLine("主程式結束--------------------"); Console.Read(); } } public class AsyncDemo { //供後臺執行緒執行的方法 public string TestMethod(int callDuration, out int threadId) { Console.WriteLine("測試方法開始執行."); Thread.Sleep(callDuration); threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId; return String.Format("測試方法執行的時間 {0}.", callDuration.ToString()); } } public delegate string AsyncMethodCaller(int callDuration, out int threadId);
關鍵步驟就是紅色字型的部分,執行結果:
和Task的用法差異不是很大!result.AsyncWaitHandle.WaitOne()就類似Task的Wait。
5.Parallel
最後說一下在迴圈中開啟多執行緒的簡單方法:
Stopwatch watch1 = new Stopwatch(); watch1.Start(); for (int i = 1; i <= 10; i++) { Console.Write(i + ","); Thread.Sleep(1000); } watch1.Stop(); Console.WriteLine(watch1.Elapsed); Stopwatch watch2 = new Stopwatch(); watch2.Start(); //會呼叫執行緒池中的執行緒 Parallel.For(1, 11, i => { Console.WriteLine(i + ",執行緒ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Thread.Sleep(1000); }); watch2.Stop(); Console.WriteLine(watch2.Elapsed);
執行結果:
迴圈List<T>:
List<int> list = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9 };
Parallel.ForEach<int>(list, n => { Console.WriteLine(n); Thread.Sleep(1000); });
執行Action[]數組裡面的方法:
Action[] actions = new Action[] { new Action(()=>{ Console.WriteLine("方法1"); }), new Action(()=>{ Console.WriteLine("方法2"); }) }; Parallel.Invoke(actions);
6.非同步的回撥
文中所有Task<TResult>的返回值都是直接用task.result獲取,這樣如果後臺任務沒有執行完畢的話,主執行緒會等待其執行完畢,這樣的話就和同步一樣了(看上去一樣,但其實await的時候並不會造成執行緒的阻塞,web程式感覺不到,但是wpf,winform這樣的桌面程式若不使用非同步,會造成UI執行緒的阻塞)。簡單演示一下Task回撥函式的使用:
Console.WriteLine("主執行緒開始"); Task<string> task = Task<string>.Run(() => { Thread.Sleep(2000); return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); }); //會等到任務執行完之後執行 task.GetAwaiter().OnCompleted(() => { Console.WriteLine(task.Result); }); Console.WriteLine("主執行緒結束"); Console.Read();
執行結果:
OnCompleted中的程式碼會在任務執行完成之後執行!
另外task.ContinueWith()也是一個重要的方法:
Console.WriteLine("主執行緒開始"); Task<string> task = Task<string>.Run(() => { Thread.Sleep(2000); return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); }); task.GetAwaiter().OnCompleted(() => { Console.WriteLine(task.Result); }); task.ContinueWith(m=>{Console.WriteLine("第一個任務結束啦!我是第二個任務");}); Console.WriteLine("主執行緒結束"); Console.Read();
執行結果:
ContinueWith()方法可以讓該後臺執行緒繼續執行新的任務。
Task的使用還是比較靈活的,大家可以研究下,好了,以上就是全部內容了,篇幅和能力都有限,希望對大家有用!