C# Task和非同步方法
阿新 • • 發佈：2020-11-20
本文主要參考：
https://www.cnblogs.com/qtiger/p/13497807.html
ThreadPool中有若干數量的執行緒。當有任務需要處理時，會從執行緒池中獲取一個空閒的執行緒來執行任務，任務執行完畢後執行緒不會銷燬，而是被執行緒池回收以供後續任務使用。當執行緒池中所有的執行緒都被佔用，又有新任務要處理時，執行緒池會新建一個執行緒來處理該任務。如果執行緒數量達到設定的最大值，任務會排隊，等待其他任務釋放執行緒後再執行。ThreadPool相對於Thread來說可以減少執行緒的建立，有效減小系統開銷。但是ThreadPool不能控制執行緒的執行順序，也不能獲取執行緒池內執行緒取消/異常/完成的通知，即不能有效監控和控制執行緒池中的執行緒。因此NET4.0在ThreadPool的基礎上推出了Task。Task擁有執行緒池的優點，同時也解決了使用執行緒池不易控制的弊端。
1.無返回值的Task的建立和執行
using System; using System.Threading.Tasks; using System.Threading; namespace TaskDemo { class Program { static void Main(string[] args) { // 例項化一個Task，通過Start方法啟動 Task task = new Task( () => { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine($"NEW例項化一個task，執行緒ID為{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); } ); task.Start(); // Task.Factory.StartNew(Action action)建立和啟動一個Task Task task2 = Task.Factory.StartNew( () => { Thread.Sleep(500); Console.WriteLine($"Task.Factory.StartNew方式建立一個task，執行緒ID為{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }); // Task.Run(Action action)將任務放線上程池佇列，返回並啟動一個Task Task task3 = Task.Run( () => { Thread.Sleep(200); Console.WriteLine($"Task.Run方式建立一個task，執行緒ID為{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }); Console.WriteLine("執行主執行緒"); Console.Read(); } } }
執行結果：
2.用Task.Result獲取返回值的Task的建立和執行
namespace TaskDemo { class Program { static void Main(string[] args) { // 有返回值的啟動task Task<string> task = new Task<string>( () => { Thread.Sleep(1000); return $"NEW例項化一個task，執行緒ID為{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"; } ); task.Start(); // Task.Factory.StartNew(Action action)建立和啟動一個Task Task<string> task2 = Task.Factory.StartNew( () => { Thread.Sleep(3000); return $"Task.Factory.StartNew方式建立一個task，執行緒ID為{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"; }); // Task.Run(Action action)將任務放線上程池佇列，返回並啟動一個Task Task<string> task3 = Task.Run( () => { Thread.Sleep(2000); return $"Task.Run方式建立一個task，執行緒ID為{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"; }); Console.WriteLine("執行主執行緒"); Console.WriteLine(task.Result); Console.WriteLine(task2.Result); Console.WriteLine(task3.Result); Console.Read(); } } }
執行結果：
可見Task.Result獲取返回值時會阻塞執行緒。本例中，必須等到task2執行完成，獲取到返回值後，才能繼續執行task3。但是上面兩個例子中的Task的執行都是非同步的，不會阻塞主執行緒。
3.同步執行Task，會阻塞主執行緒
namespace TaskDemo { class Program { static void Main(string[] args) { Task task = new Task( () => { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("執行Task結束"); } ); // 同步執行，會阻礙主執行緒 task.RunSynchronously(); Console.WriteLine("執行主執行緒"); Console.Read(); } } }
執行結果：
4.Task的阻塞方法（Wait/WaitAll/WaitAny）
4.1Thread阻塞執行緒的方法
使用thread.Join()方法可阻塞主執行緒
namespace TaskDemo { class Program { static void Main(string[] args) { Thread thread1 = new Thread( () => { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("執行緒1執行完畢"); }); thread1.Start(); Thread thread2 = new Thread( () => { Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("執行緒2執行完畢"); }); thread2.Start(); //阻塞主執行緒 thread1.Join(); thread2.Join(); Console.WriteLine("主執行緒執行完畢"); Console.Read(); } } }
執行結果：
使用Thread.Join()方法的弊端包括：
- 如果要實現很多執行緒的阻塞，每個執行緒都要呼叫一次Join()方法；
- 如果讓所有的執行緒執行完畢（或任一執行緒執行完畢）時，立即解除阻塞，使用Join()方法不容易實現。
4.2使用Task Wait/WaitAll/WaitAny方法，實現阻塞執行緒
- task.Wait()表示等待task執行完畢，類似於thread.Join()
- task.WaitAll(Task[] tasks)表示只有所有的task都執行完畢再解除阻塞
- task.WaitAny(Task[] tasks)表示只要有一個task執行完畢就解除阻塞
Task task1 = new Task( () => { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("執行緒1執行完畢"); }); task1.Start(); Task task2 = new Task( () => { Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("執行緒2執行完畢"); }); task2.Start(); // 阻塞主執行緒。task1和task2都執行完畢再執行主執行緒 //task1.Wait(); //task2.Wait(); Task.WaitAll(new Task[] { task1, task2 }); Console.WriteLine("主執行緒執行完畢"); Console.Read();
執行結果：
使用task1.Wait(); task2.Wait()可以達到同樣的目的。如果把WaitAll改成WaitAny，則執行結果如下所示：
5.Task的延續操作（WhenAny/WhenAll/ContinueWith）
Wait/WaitAll/WaitAny方法返回值都是void，這些方法只是單純的實現阻塞執行緒。使用WhenAny/WhenAll/ContinueWith方法可以讓task執行完畢後，繼續執行後續操作，這些方法執行完成返回一個task例項。
- task.WhenAll(Task[] tasks)表示所有的task都執行完畢後再去執行後續的操作
- task.WhenAny(Task[] tasks)表示任一task執行完畢後就開始執行後續操作
Task task1 = new Task( () => { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("執行緒1執行完畢"); }); task1.Start(); Task task2 = new Task( () => { Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("執行緒2執行完畢"); }); task2.Start(); Task.WhenAll(new Task[] { task1, task2 }).ContinueWith( (t) => { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("執行後續操作完畢"); }); Console.WriteLine("主執行緒執行完畢"); Console.Read();
執行結果：
WhenAll/WhenAny方法並不會阻塞主執行緒。也可以使用Task.Factory.ContinueWhenAll來實現
Task.Factory.ContinueWhenAll(new Task[] { task1, task2 }, (t) => { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("執行後續操作完畢"); });
6.Task的任務取消（CancellationTokenSource）
6.1Thread取消任務執行
通過設定一個變數來控制任務是否停止。
bool isStop = false; int index = 0; Thread thread1 = new Thread( () => { Console.WriteLine($"thread1的執行緒ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); while (!isStop) { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine($"第{++index}次執行，執行緒執行中..."); } }); thread1.Start(); Console.WriteLine($"主執行緒開始執行,主執行緒的ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); // 5s後取消任務執行 Thread.Sleep(5000); isStop = true; Console.WriteLine("主執行緒執行完畢"); Console.Read();
執行結果：
6.2Task取消任務執行
使用專門類CancellationTokenSource來取消任務執行。
CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource(); int index = 0; Task task1 = new Task( () => { while (!source.IsCancellationRequested) { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine($"第{++index}次執行，執行緒執行中..."); } }); task1.Start(); Console.WriteLine("主執行緒開始執行"); Thread.Sleep(5000); source.Cancel(); Console.WriteLine("主執行緒執行完畢"); Console.Read();
執行結果：
還可以使用source.CancelAfter(5000)實現5s後自動取消任務，即Thread.Sleep(5000); source.Cancel();這兩條程式碼由source.CancelAfter(5000)取代。執行結果：
注意這兩次執行結果中，“主執行緒執行完畢”的區別。也可以通過source.Token.Register(Action action)註冊取消任務觸發的回撥函式。
CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource(); source.Token.Register( () => { Console.WriteLine("任務被取消後執行的操作"); }); int index = 0; Task task1 = new Task( () => { Console.WriteLine($"task1的執行緒ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); while (!source.IsCancellationRequested) { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine($"第{++index}次執行，執行緒執行中..."); } }); task1.Start(); Console.WriteLine($"主執行緒開始執行,主執行緒的ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); source.CancelAfter(5000); Console.WriteLine("主執行緒執行完畢"); Console.Read();
執行結果：
7.非同步方法（async/await）
async static Task<string>GetContentAsync(string fileName) { Console.WriteLine($"當前執行緒ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine($"開始讀取檔案:{DateTime.Now}"); Thread.Sleep(1000); using(StreamReader sr = new StreamReader(fileName)) { string program = await sr.ReadToEndAsync(); Console.WriteLine($"讀取檔案結束:{DateTime.Now}"); return program; } } // 同步讀取檔案內容 static string GetContent(string fileName) { using (StreamReader sr = new StreamReader(fileName)) { string program = sr.ReadToEnd(); return program; } } static void Main(string[] args) { string path = @"D:\Demos\TaskDemo\postdata.txt"; Console.WriteLine($"主執行緒ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine($"主程式執行開始：{DateTime.Now}"); string content = GetContentAsync(path).Result; Console.WriteLine($"主程式輸入結果：{content}"); Console.WriteLine($"主程式執行結束：{DateTime.Now}"); Console.Read(); }
執行結果：
主程式等待GetContentAsync方法執行完畢後，獲取到返回值後才繼續執行。這說明，如果呼叫方法要從呼叫中獲取一個T型別的值，非同步方法的返回型別必須是Task<T>，而且呼叫會獲取到返回值後才會繼續執行下去。如果僅僅是呼叫一下非同步方法，不和非同步方法做其他互動，則將非同步方法簽名返回值為void，這種呼叫形式也被稱為“呼叫並忘記”。
async static void GetContentAsync(string fileName) { Console.WriteLine($"當前執行緒ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine($"開始讀取檔案:{DateTime.Now}"); Thread.Sleep(1000); using(StreamReader sr = new StreamReader(fileName)) { string program = await sr.ReadToEndAsync(); Console.WriteLine($"讀取檔案結束:{DateTime.Now}"); } }
static void Main(string[] args) { string path = @"D:\Demos\TaskDemo\postdata.txt"; Console.WriteLine($"主執行緒ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine($"主程式執行開始：{DateTime.Now}"); GetContentAsync(path); Console.WriteLine($"主程式執行結束：{DateTime.Now}"); Console.Read(); }
執行結果：