詳解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
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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");
}
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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：
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for (int i = 0; i < 10; i++)
{
ThreadPool.QueueUserWorkItem(m =>
{
Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
});
}
Console.Read();
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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：
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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();
}
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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。
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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");
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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：
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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);
}
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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。
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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");
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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：
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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";
});
}
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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？
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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);
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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：
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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);
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執行結果：
迴圈List<T>：
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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);
});
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執行Action[]數組裡面的方法：
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Action[] actions = new Action[] {
new Action(()=>{
Console.WriteLine("方法1");
}),
new Action(()=>{
Console.WriteLine("方法2");
})
};
Parallel.Invoke(actions);
|
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