526互联

Task基本用法

发布时间 2023-11-04 21:16:32作者: 赵书记

 什么是异步

同步和异步主要用于修饰方法。当一个方法被调用时，调用者需要等待该方法执行完毕并返回才能继续执行，这个为异步方法。当一个方法被调用时立即返回，并获取一个线程执行该方法内部的业务，调用者不用等待该方法执行完毕，我们称为这个方法为异步方法。

 《Illustrated C#7 Fifth Edition》解释：启动程序时，系统会在内存中创建一个新的进程。进程是构成运行程序的资源集合。这些资源包括：虚地址控件 文件句柄 和程序文件所需的其他许多东西。在异步程序中，程序不需要按照顺序执行，有时在一个新线程运行，有时无须创建新线程，但为更好利用单线程能力，需要改变代码执行顺序。

Task介绍

task是在ThreadPool基础上推出，ThreadPool中有许多的线程，如果有任务需求处理时，会从线程池中获取一个空闲的线程来执行任务，任务执行完毕线程不会销毁，而是被线程池回收以供后续使用。当线程池中的所有线程都在忙碌时，又有新任务要处理时，线程池才会创建一个线程来处理任务，如果线程池中的线程到达设置的上限，任务会排队 等待其他任务完成而释放的线程。线程池能减少线程的创建，节省开销。

static void Main(string[] args)
{
　　for (int i = 1;i<=10,i++)
　　{
　　　　ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback((obj) => {
　　　　Console.WriteLines("....");}),i)
　　}

 ThreadPool相对于Thread来说减少线程的创建，有效减少系统开销，但是ThreadPool不能控制线程执行的顺序，我们也不能获取线程池内线程 取消/异常/完成的通知，即我们不能有效监控和控制线程池中的线程

Task创建和运行

Task创建的基本三种形式

          static void Main(string[] args)
        {
            //1.new方式实例化一个Task，需要通过Start方法启动
            Task task = new Task(() =>
            {
                Thread.Sleep(100);
                Console.WriteLine($"hello, task1的线程ID为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            });
            task.Start();

            //2.Task.Factory.StartNew(Action action)创建和启动一个Task
            Task task2 = Task.Factory.StartNew(() =>
              {
                  Thread.Sleep(100);
                  Console.WriteLine($"hello, task2的线程ID为{ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
              });

            //3.Task.Run(Action action)将任务放在线程池队列，返回并启动一个Task
            Task task3 = Task.Run(() =>
              {
                  Thread.Sleep(100);
                  Console.WriteLine($"hello, task3的线程ID为{ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
              });
            Console.WriteLine("执行主线程！");
            Console.ReadKey();
        }

 

执行结果

 

创建有返回值的Task

 static void Main(string[] args)
        {
            1.new方式实例化一个Task，需要通过Start方法启动
            Task<string> task = new Task<string>(() =>
            {
                return $"hello, task1的ID为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";
            });
            task.Start();

            2.Task.Factory.StartNew(Func func)创建和启动一个Task
           Task<string> task2 =Task.Factory.StartNew<string>(() =>
            {
                return $"hello, task2的ID为{ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";
            });

            3.Task.Run(Func func)将任务放在线程池队列，返回并启动一个Task
           Task<string> task3= Task.Run<string>(() =>
            {
                return $"hello, task3的ID为{ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";
            });

            Console.WriteLine("执行主线程！");
            Console.WriteLine(task.Result);
            Console.WriteLine(task2.Result);
            Console.WriteLine(task3.Result);
            Console.ReadKey();
        }

 

注意task.result获取结果时会阻塞主线程，即如果task没有执行完成，会等待task执行完成获取Result，然后在执行后边的代码。

程序运行结果如下

 

 上面的例子Task都是异步的不会阻塞主线程，有些场景下，我们想让Task同步执行，Task提供了Task。RunSynchronously（）用于同步执行Task任务

 static void Main(string[] args)
        {
            Task task = new Task(() =>
            {
                Thread.Sleep(100);
                Console.WriteLine("执行Task结束!");
            });
            //同步执行，task会阻塞主线程
            task.RunSynchronously();
            Console.WriteLine("执行主线程结束！");
            Console.ReadKey();
        }

 

执行结果

 Task的阻塞方法（Wait/WaitAll/WaitAny）

使用Thread时，thread.join（）会阻塞主线程。看一个例子：

  static void Main(string[] args)
        {
            Thread th1 = new Thread(() => {
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine("线程1执行完毕！");
            });
            th1.Start();
            Thread th2 = new Thread(() => {
                Thread.Sleep(1000);
                Console.WriteLine("线程2执行完毕！");
            });
            th2.Start();
            //阻塞主线程
            th1.Join();
            th2.Join();
            Console.WriteLine("主线程执行完毕！");
            Console.ReadKey();
        }

task.Wait（）表示等待task执行完毕，功能类似于thread.Join（）。请看下面Task.WaitAll()的例子：

 static void Main(string[] args)
        {
            Task task1 = new Task(() => {
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine("线程1执行完毕！");
            });
            task1.Start();
            Task task2 = new Task(() => {
                Thread.Sleep(1000);
                Console.WriteLine("线程2执行完毕！");
            });
            task2.Start();
            //阻塞主线程。task1,task2都执行完毕再执行主线程
　　　　　　　//执行【task1.Wait();task2.Wait();】可以实现相同功能
            Task.WaitAll(new Task[]{ task1,task2});
            Console.WriteLine("主线程执行完毕！");
            Console.ReadKey();
        }

Task的延续操作（WhenAny/WhenAll/ContinueWith）

上边的Wait/WaitAll/WaitAny方法返回值为void，这些方法单纯的实现阻塞线程。我们现在想让所有task执行完毕（或者任一task执行完毕）后，开始执行后续操作，怎么操作？这时就可以用到WhenAny/WhenAll方法了，这些方法执行完成返回一个task实例。 task.WhenAll(Task[] tasks) 表示所有的task都执行完毕后再去执行后续的操作， task.WhenAny(Task[] tasks) 表示任一task执行完毕后就开始执行后续操作。看一个栗子：

 static void Main(string[] args)
        {
            Task task1 = new Task(() => {
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine("线程1执行完毕！");
            });
            task1.Start();
            Task task2 = new Task(() => {
                Thread.Sleep(1000);
                Console.WriteLine("线程2执行完毕！");
            });
            task2.Start();
            //task1，task2执行完了后执行后续操作
            Task.WhenAll(task1, task2).ContinueWith((t) => {
                Thread.Sleep(100);
                Console.WriteLine("执行后续操作完毕！");
            });

            Console.WriteLine("主线程执行完毕！");
            Console.ReadKey();
        }

执行结果如下，我们看到WhenAll/WhenAny方法不会阻塞主线程，当使用WhenAll方法时所有的task都执行完毕才会执行后续操作；如果把栗子中的WhenAll替换成WhenAny，则只要有一个线程执行完毕就会开始执行后续操作，这里不再演示。

 

上边的栗子也可以通过 Task.Factory.ContinueWhenAll(Task[] tasks, Action continuationAction)和 Task.Factory.ContinueWhenAny(Task[] tasks, Action continuationAction) 来实现 ，修改上边栗子代码如下，执行结果不变

 

   static void Main(string[] args)
        {
            Task task1 = new Task(() => {
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine("线程1执行完毕！");
            });
            task1.Start();
            Task task2 = new Task(() => {
                Thread.Sleep(1000);
                Console.WriteLine("线程2执行完毕！");
            });
            task2.Start();
            //通过TaskFactroy实现
            Task.Factory.ContinueWhenAll(new Task[] { task1, task2 }, (t) =>
            {
                Thread.Sleep(100);
                Console.WriteLine("执行后续操作");
            });

            Console.WriteLine("主线程执行完毕！");
            Console.ReadKey();
        }

Task的任务取消（CancellationTokenSource）

在Task前我们执行任务采用的是Thread,Thread怎么取消任务呢？一般流程是：设置一个变量来控制任务是否停止，如设置一个变量isStop，然后线程轮询查看isStop，如果isStop为true就停止，代码如下：

static void Main(string[] args)
        {
            bool isStop = false;
            int index = 0;
            //开启一个线程执行任务
            Thread th1 = new Thread(() =>
              {
                  while (!isStop)
                  {
                      Thread.Sleep(1000);
                      Console.WriteLine($"第{++index}次执行，线程运行中...");
                  }
              });
            th1.Start();
            //五秒后取消任务执行
            Thread.Sleep(5000);
            isStop = true;
            Console.ReadKey();
        }

 

Task中有一个专门的类 CancellationTokenSource 来取消任务执行，还是使用上边的例子，我们修改代码如下，程序运行的效果不变。

static void Main(string[] args)
        {
            CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
            int index = 0;
            //开启一个task执行任务
            Task task1 = new Task(() =>
              {
                  while (!source.IsCancellationRequested)
                  {
                      Thread.Sleep(1000);
                      Console.WriteLine($"第{++index}次执行，线程运行中...");
                  }
              });
            task1.Start();
            //五秒后取消任务执行
            Thread.Sleep(5000);
            //source.Cancel()方法请求取消任务，IsCancellationRequested会变成true
            source.Cancel();
            Console.ReadKey();
        }

 

CancellationTokenSource的功能不仅仅是取消任务执行，我们可以使用 source.CancelAfter(5000)实现5秒后自动取消任务，也可以通过 source.Token.Register(Action action)注册取消任务触发的回调函数，即任务被取消时注册的action会被执行。 看一个栗子：

 static void Main(string[] args)
        {
            CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
            //注册任务取消的事件
            source.Token.Register(() =>
            {
                Console.WriteLine("任务被取消后执行xx操作！");
            });

            int index = 0;
            //开启一个task执行任务
            Task task1 = new Task(() =>
              {
                  while (!source.IsCancellationRequested)
                  {
                      Thread.Sleep(1000);
                      Console.WriteLine($"第{++index}次执行，线程运行中...");
                  }
              });
            task1.Start();
            //延时取消，效果等同于Thread.Sleep(5000);source.Cancel();
            source.CancelAfter(5000);
            Console.ReadKey();
        }

执行结果如下，第5次执行在取消回调后打印，这是因为，执行取消的时候第5次任务已经通过了while()判断，任务已经执行中了：

 

最后看跨线程的栗子，点击按钮启动一个任务，给tetxtbox赋值，我们把Thread改成Task，代码如下：

public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void mySetValueBtn_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Task.Run(() =>
            {
                Action<int> setValue = (i) => { myTxtbox.Text = i.ToString(); };
                for (int i = 0; i < 1000000; i++)
                {
                    myTxtbox.Invoke(setValue,i);
                }
            });
        }
    }

 

运行界面如下，赋值的task不会阻塞UI线程：

 

 

异步方法(async/await)

在C#5.0中出现的async和await ，让异步编程变得更简单。我们看一个获取文件内容的栗子：

 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            string content = GetContentAsync(Environment.CurrentDirectory + @"/test.txt").Result;
            //调用同步方法
            //string content = GetContent(Environment.CurrentDirectory + @"/test.txt");
            Console.WriteLine(content);
            Console.ReadKey();
        }
        //异步读取文件内容
        async static Task<string> GetContentAsync(string filename)
        {
            
            FileStream fs = new FileStream(filename, FileMode.Open);
            var bytes = new byte[fs.Length];
            //ReadAync方法异步读取内容，不阻塞线程
            Console.WriteLine("开始读取文件");
            int len = await fs.ReadAsync(bytes, 0, bytes.Length);
            string result = Encoding.UTF8.GetString(bytes);
            return result;
        }
        //同步读取文件内容
        static string GetContent(string filename)
        {
            FileStream fs = new FileStream(filename, FileMode.Open);
            var bytes = new byte[fs.Length];
            //Read方法同步读取内容，阻塞线程
            int len =  fs.Read(bytes, 0, bytes.Length);
            string result = Encoding.UTF8.GetString(bytes);
            return result;
        }
    }

test.txt内容是【hello world！】执行结果为：

 

上边的栗子也写出了同步读取的方式，将main函数中的注释去掉即可同步读取文件内容。我们可以看到异步读取代码和同步读取代码基本一致。async/await让异步编码变得更简单，我们可以像写同步代码一样去写异步代码。注意一个小问题：异步方法中方法签名返回值为Task，代码中的返回值为T。上边栗子中GetContentAsync的签名返回值为Task，而代码中返回值为string。牢记这一细节对我们分析异步代码很有帮助。

异步方法签名的返回值有以下三种：

① Task：如果调用方法想通过调用异步方法获取一个T类型的返回值，那么签名必须为Task；

② Task:如果调用方法不想通过异步方法获取一个值，仅仅想追踪异步方法的执行状态，那么我们可以设置异步方法签名的返回值为Task;

③ void:如果调用方法仅仅只是调用一下异步方法，不和异步方法做其他交互，我们可以设置异步方法签名的返回值为void，这种形式也叫做“调用并忘记”。