C# 并行和多线程编程——认识和使用Task

Posted 2021-05-28 dotNET跨平台

　对于多线程，我们经常使用的是Thread。在我们了解Task之前，如果我们要使用多核的功能可能就会自己来开线程，然而这种线程模型在.net 4.0之后被一种称为基于“任务的编程模型”所冲击，因为task会比thread具有更小的性能开销，不过大家肯定会有疑惑，任务和线程到底有什么区别呢？

 任务和线程的区别：

1、任务是架构在线程之上的，也就是说任务最终还是要抛给线程去执行。

2、任务跟线程不是一对一的关系，比如开10个任务并不是说会开10个线程，这一点任务有点类似线程池，但是任务相比线程池有很小的开销和精确的控制。

 一、认识Task和Task的基本使用

1、认识Task

首先来看一下Task的继承结构。Task标识一个异步操作。

可以看到Task和Thread一样，位于System.Threading命名空间下，这也就是说他们直接有密不可分的联系。下面我们来仔细看一下吧！

2、创建Task

创建Task的方法有两种，一种是直接创建——new一个出来，一种是通过工厂创建。下面来看一下这两种创建方法：

1 2 3 4 5

//第一种创建方式，直接实例化  var task1 = new Task(() =>  {   //TODO you code  });

这是最简单的创建方法，可以看到其构造函数是一个Action，其构造函数有如下几种，比较常用的是前两种。

1 2 3 4 5

//第二种创建方式，工厂创建  var task2 = Task.Factory.StartNew(() =>  {   //TODO you code  });

这种方式通过静态工厂，创建以个Task并运行。下面我们来建一个控制台项目，演示一下，代码如下：

要添加System.Threading.Tasks命名控件引用。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks;   namespace TaskDemo {   class Program   {    static void Main(string[] args)    {      var task1 = new Task(() =>      {       Console.WriteLine("Hello,task");      });      task1.Start();        var task2 = Task.Factory.StartNew(() =>      {       Console.WriteLine("Hello,task started by task factory");      });        Console.Read();    }   } }

这里我分别用两种方式创建两个task,并让他们运行。可以看到通过构造函数创建的task,必须手动Start,而通过工厂创建的Task直接就启动了。

下面我们来看一下Task的声明周期，编写如下代码：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

var task1 = new Task(() =>      {       Console.WriteLine("Begin");       System.Threading.Thread.Sleep(2000);       Console.WriteLine("Finish");      });      Console.WriteLine("Before start:" + task1.Status);      task1.Start();      Console.WriteLine("After start:" + task1.Status);      task1.Wait();      Console.WriteLine("After Finish:" + task1.Status);        Console.Read();

　　task1.Status就是输出task的当前状态，其输出结果如下：

可以看到调用Start前的状态是Created，然后等待分配线程去执行，到最后执行完成。

从我们可以得出Task的简略生命周期：

Created：表示默认初始化任务，但是“工厂创建的”实例直接跳过。

WaitingToRun: 这种状态表示等待任务调度器分配线程给任务执行。

RanToCompletion：任务执行完毕。

 二、Task的任务控制

　　Task最吸引人的地方就是他的任务控制了，你可以很好的控制task的执行顺序，让多个task有序的工作。下面来详细说一下：

1、Task.Wait

在上个例子中，我们已经使用过了，task1.Wait();就是等待任务执行完成，我们可以看到最后task1的状态变为Completed。

2、Task.WaitAll

看字面意思就知道，就是等待所有的任务都执行完成，下面我们来写一段代码演示一下：

static void Main(string[] args)    {      var task1 = new Task(() =>      {       Console.WriteLine("Task 1 Begin");       System.Threading.Thread.Sleep(2000);       Console.WriteLine("Task 1 Finish");      });      var task2 = new Task(() =>      {       Console.WriteLine("Task 2 Begin");       System.Threading.Thread.Sleep(3000);       Console.WriteLine("Task 2 Finish");      });             task1.Start();      task2.Start();      Task.WaitAll(task1, task2);      Console.WriteLine("All task finished!");        Console.Read();    }

其输出结果如下：

可以看到，任务一和任务二都完成以后，才输出All task finished！

3、Task.WaitAny

这个用发同Task.WaitAll，就是等待任何一个任务完成就继续向下执行，将上面的代码WaitAll替换为WaitAny，输出结果如下：

4、Task.ContinueWith

就是在第一个Task完成后自动启动下一个Task，实现Task的延续，下面我们来看下他的用法，编写如下代码：

static void Main(string[] args)    {      var task1 = new Task(() =>      {       Console.WriteLine("Task 1 Begin");       System.Threading.Thread.Sleep(2000);       Console.WriteLine("Task 1 Finish");      });      var task2 = new Task(() =>      {       Console.WriteLine("Task 2 Begin");       System.Threading.Thread.Sleep(3000);       Console.WriteLine("Task 2 Finish");      });               task1.Start();      task2.Start();      var result = task1.ContinueWith<string>(task =>      {       Console.WriteLine("task1 finished!");       return "This is task result!";      });        Console.WriteLine(result.Result.ToString());          Console.Read();    }

执行结果如下：

可以看到，task1完成之后，开始执行后面的内容，并且这里我们取得task的返回值。

在每次调用ContinueWith方法时，每次会把上次Task的引用传入进来，以便检测上次Task的状态，比如我们可以使用上次Task的Result属性来获取返回值。我们还可以这么写：

var SendFeedBackTask = Task.Factory.StartNew(() => { Console.WriteLine("Get some Data!"); })               .ContinueWith<bool>(s => { return true; })               .ContinueWith<string>(r =>                {                  if (r.Result)                  {                   return "Finished";                  }                  else                  {                   return "Error";                  }                });      Console.WriteLine(SendFeedBackTask.Result);

首先输出Get some data,然后执行第二个获得返回值true,最后根据判断返回Finished或error。输出结果:

Get some Data!

Finished

其实上面的写法简化一下，可以这样写：

Task.Factory.StartNew<string>(() => {return "One";}).ContinueWith(ss => { Console.WriteLine(ss.Result);});

输出One，这个可以看明白了吧~

 更多ContinueWith用法参见：http://technet.microsoft.com/zh-CN/library/dd321405

5、Task的取消

前面说了那么多Task的用法，下面来说下Task的取消，比如我们启动了一个task,出现异常或者用户点击取消等等，我们可以取消这个任务。

如何取消一个Task呢，我们通过cancellation的tokens来取消一个Task。在很多Task的Body里面包含循环，我们可以在轮询的时候判断IsCancellationRequested属性是否为True，如果是True的话就return或者抛出异常，抛出异常后面再说，因为还没有说异常处理的东西。

下面在代码中看下如何实现任务的取消，代码如下：

var tokenSource = new CancellationTokenSource();      var token = tokenSource.Token;      var task = Task.Factory.StartNew(() =>      {       for (var i = 0; i < 1000; i++)       {         System.Threading.Thread.Sleep(1000);         if (token.IsCancellationRequested)         {          Console.WriteLine("Abort mission success!");          return;         }       }      }, token);      token.Register(() =>      {       Console.WriteLine("Canceled");      });      Console.WriteLine("Press enter to cancel task...");      Console.ReadKey();      tokenSource.Cancel();      Console.ReadKey();//这句忘了加，程序退出了，看不到“Abort mission success!“这个提示

这里开启了一个Task,并给token注册了一个方法，输出一条信息，然后执行ReadKey开始等待用户输入，用户点击回车后，执行tokenSource.Cancel方法，取消任务。其输出结果如下：