C#多線程系列之任務(wù)基礎(chǔ)(一)
多線程編程
多線程編程模式
.NET 中，有三種異步編程模式，分別是基于任務(wù)的異步模式(TAP)、基于事件的異步模式(EAP)、異步編程模式(APM)。
- 基于任務(wù)的異步模式 (TAP) ：.NET 推薦使用的異步編程方法，該模式使用單一方法表示異步操作的開(kāi)始和完成。包括我們常用的 async 、await 關(guān)鍵字，屬于該模式的支持。
- 基于事件的異步模式 (EAP) ：是提供異步行為的基于事件的舊模型。《C#多線程(12)：線程池》中提到過(guò)此模式，.NET Core 已經(jīng)不支持。
- 異步編程模型 (APM) 模式：也稱為 IAsyncResult 模式，，這是使用 IAsyncResult 接口提供異步行為的舊模型。.NET Core 也不支持，請(qǐng)參考 《C#多線程(12)：線程池》。
前面，我們學(xué)習(xí)了三部分的內(nèi)容：
- 線程基礎(chǔ)：如何創(chuàng)建線程、獲取線程信息以及等待線程完成任務(wù)；
- 線程同步：探究各種方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)程和線程同步，以及線程等待；
- 線程池：線程池的優(yōu)點(diǎn)和使用方法，基于任務(wù)的操作；
這篇開(kāi)始探究任務(wù)和異步，而任務(wù)和異步是十分復(fù)雜的，內(nèi)容錯(cuò)綜復(fù)雜，筆者可能講不好。。。
探究?jī)?yōu)點(diǎn)
我們現(xiàn)在來(lái)探究一下多線程編程的復(fù)雜性。
- 傳遞數(shù)據(jù)和返回結(jié)果
傳遞數(shù)據(jù)倒是沒(méi)啥問(wèn)題，只是難以獲取到線程的返回值，處理線程的異常也需要技巧。
- 監(jiān)控線程的狀態(tài)
新建新的線程后，如果需要確定新線程在何時(shí)完成，需要自旋或阻塞等方式等待。
- 線程安全
設(shè)計(jì)時(shí)要考慮如果避免死鎖、合理使用各種同步鎖，要考慮原子操作，同步信號(hào)的處理需要技巧。
- 性能
玩多線程，最大需求就是提升性能，但是多線程中有很多坑，使用不當(dāng)反而影響性能。
[以上總結(jié)可參考《C# 7.0本質(zhì)論》19.3節(jié)，《C# 7.0核心技術(shù)指南》14.3 節(jié)]
我們通過(guò)使用線程池，可以解決上面的部分問(wèn)題，但是還有更加好的選擇，就是 Task(任務(wù))。另外 Task 也是異步編程的基礎(chǔ)類型，后面很多內(nèi)容要圍繞 Task 展開(kāi)。
原理的東西，還是多參考微軟官方文檔和書籍，筆者講得不一定準(zhǔn)確，而且不會(huì)深入說(shuō)明這些。
任務(wù)操作
任務(wù)(Task)實(shí)在太多 API 了，也有各種騷操作，要講清楚實(shí)在不容易，我們要慢慢來(lái)，一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)步，一點(diǎn)點(diǎn)深入，多寫代碼測(cè)試。
下面與筆者一起，一步步熟悉、摸索 Task 的 API。
兩種創(chuàng)建任務(wù)的方式
通過(guò)其構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，其構(gòu)造函數(shù)定義為：
public Task (Action action);
其示例如下：
class Program
{
static void Main()
{
// 定義兩個(gè)任務(wù)
Task task1 = new Task(()=>
{
Console.WriteLine("① 開(kāi)始執(zhí)行");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("① 執(zhí)行中");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("① 執(zhí)行即將結(jié)束");
});
Task task2 = new Task(MyTask);
// 開(kāi)始任務(wù)
task1.Start();
task2.Start();
Console.ReadKey();
}
private static void MyTask()
{
Console.WriteLine("② 開(kāi)始執(zhí)行");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("② 執(zhí)行中");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("② 執(zhí)行即將結(jié)束");
}
}.Start() 方法用于啟動(dòng)一個(gè)任務(wù)。微軟文檔解釋：?jiǎn)?dòng) Task，并將它安排到當(dāng)前的 TaskScheduler 中執(zhí)行。
TaskScheduler 這個(gè)東西，我們后面講，別急。
另一種方式則使用 Task.Factory，此屬性用于創(chuàng)建和配置 Task 和 Task<TResult> 實(shí)例的工廠方法。
使用https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.taskfactory.startnew?view=netcore-3.1#--可以添加任務(wù)。
當(dāng)需要對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、計(jì)算限制的任務(wù)(計(jì)算密集型)進(jìn)行精細(xì)控制時(shí)才使用 StartNew() 方法；
官方推薦使用 Task.Run 方法啟動(dòng)計(jì)算限制任務(wù)。
Task.Factory.StartNew() 可以實(shí)現(xiàn)比 Task.Run() 更細(xì)粒度的控制。
Task.Factory.StartNew() 的重載方法是真的多，你可以參考： https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.taskfactory.startnew?view=netcore-3.1#--
這里我們使用兩個(gè)重載方法編寫示例：
public Task StartNew(Action action);
public Task StartNew(Action action, TaskCreationOptions creationOptions);
代碼示例如下：
class Program
{
static void Main()
{
// 重載方法 1
Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("① 開(kāi)始執(zhí)行");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("① 執(zhí)行中");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("① 執(zhí)行即將結(jié)束");
});
// 重載方法 1
Task.Factory.StartNew(MyTask);
// 重載方法 2
Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine("① 開(kāi)始執(zhí)行");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("① 執(zhí)行中");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("① 執(zhí)行即將結(jié)束");
},TaskCreationOptions.LongRunning);
Console.ReadKey();
}
// public delegate void TimerCallback(object? state);
private static void MyTask()
{
Console.WriteLine("② 開(kāi)始執(zhí)行");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("② 執(zhí)行中");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("② 執(zhí)行即將結(jié)束");
}
}通過(guò) Task.Factory.StartNew() 方法添加的任務(wù)，會(huì)進(jìn)入線程池任務(wù)隊(duì)列然后自動(dòng)執(zhí)行，不需要手動(dòng)啟動(dòng)。
TaskCreationOptions.LongRunning 是控制任務(wù)創(chuàng)建特性的枚舉，后面講。
Task.Run() 創(chuàng)建任務(wù)
Task.Run() 創(chuàng)建任務(wù)，跟 Task.Factory.StartNew() 差不多，當(dāng)然 Task.Run() 還有很多重載方法和騷操作，我們后面再來(lái)學(xué)。
Task.Run() 創(chuàng)建任務(wù)示例代碼如下：
static void Main()
{
Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("① 開(kāi)始執(zhí)行");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("① 執(zhí)行中");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("① 執(zhí)行即將結(jié)束");
});
Console.ReadKey();
}取消任務(wù)
取消任務(wù)，《C#多線程(12)：線程池》 中說(shuō)過(guò)一次，不過(guò)控制太自由，全靠任務(wù)本身自覺(jué)判斷是否取消。
這里我們通過(guò) Task 來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)的取消，其取消是實(shí)時(shí)的、自動(dòng)的，并且不需要手工控制。
其構(gòu)造函數(shù)如下：
public Task StartNew(Action action, CancellationToken cancellationToken);
代碼示例如下：
按下回車鍵的時(shí)候記得切換字母模式。
class Program
{
static void Main()
{
Console.WriteLine("任務(wù)開(kāi)始啟動(dòng)，按下任意鍵，取消執(zhí)行任務(wù)");
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
Task.Factory.StartNew(MyTask, cts.Token);
Console.ReadKey();
cts.Cancel(); // 取消任務(wù)
Console.ReadKey();
}
// public delegate void TimerCallback(object? state);
private static void MyTask()
{
Console.WriteLine(" 開(kāi)始執(zhí)行");
int i = 0;
while (true)
{
Console.WriteLine($" 第{i}次任務(wù)");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine(" 執(zhí)行中");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine(" 執(zhí)行結(jié)束");
i++;
}
}
}父子任務(wù)
前面創(chuàng)建任務(wù)的時(shí)候，我們碰到了 TaskCreationOptions.LongRunning 這個(gè)枚舉類型，這個(gè)枚舉用于控制任務(wù)的創(chuàng)建以及設(shè)定任務(wù)的行為。
其枚舉如下：
| 枚舉 | 值 | 說(shuō)明 |
|---|---|---|
| AttachedToParent | 4 | 指定將任務(wù)附加到任務(wù)層次結(jié)構(gòu)中的某個(gè)父級(jí)。 |
| DenyChildAttach | 8 | 指定任何嘗試作為附加的子任務(wù)執(zhí)行的子任務(wù)都無(wú)法附加到父任務(wù)，會(huì)改成作為分離的子任務(wù)執(zhí)行。 |
| HideScheduler | 16 | 防止環(huán)境計(jì)劃程序被視為已創(chuàng)建任務(wù)的當(dāng)前計(jì)劃程序。 |
| LongRunning | 2 | 指定任務(wù)將是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的、粗粒度的操作，涉及比細(xì)化的系統(tǒng)更少、更大的組件。 |
| None | 0 | 指定應(yīng)使用默認(rèn)行為。 |
| PreferFairness | 1 | 提示 TaskScheduler 以一種盡可能公平的方式安排任務(wù)。 |
| RunContinuationsAsynchronously | 64 | 強(qiáng)制異步執(zhí)行添加到當(dāng)前任務(wù)的延續(xù)任務(wù)。 |
這個(gè)枚舉在 TaskFactory 和 TaskFactory<TResult> 、Task 和 Task<TResult> 、
StartNew()、FromAsync() 、TaskCompletionSource<TResult> 等地方可以使用到。
子任務(wù)使用了 TaskCreationOptions.AttachedToParent ，并不是指父任務(wù)要等待子任務(wù)完成后，父任務(wù)才能繼續(xù)完往下執(zhí)行；而是指父任務(wù)如果先執(zhí)行完畢，那么必須等待子任務(wù)完成后，父任務(wù)才算完成。
這里來(lái)探究 TaskCreationOptions.AttachedToParent的使用。代碼示例如下：
// 父子任務(wù)
Task task = new Task(() =>
{
// TaskCreationOptions.AttachedToParent
// 將此任務(wù)附加到父任務(wù)中
// 父任務(wù)需要等待所有子任務(wù)完成后，才能算完成
Task task1 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine(" 內(nèi)層任務(wù)1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}
}, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
task1.Start();
Console.WriteLine("最外層任務(wù)");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
});
task.Start();
task.Wait();
Console.ReadKey();而 TaskCreationOptions.DenyChildAttach 則不允許其它任務(wù)附加到外層任務(wù)中。
static void Main()
{
// 不允許出現(xiàn)父子任務(wù)
Task task = new Task(() =>
{
Task task1 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine(" 內(nèi)層任務(wù)1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}
}, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
task1.Start();
Console.WriteLine("最外層任務(wù)");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}, TaskCreationOptions.DenyChildAttach); // 不收兒子
task.Start();
task.Wait();
Console.ReadKey();
}然后，這里也學(xué)習(xí)了一個(gè)新的 Task 方法：Wait() 等待 Task 完成執(zhí)行過(guò)程。Wait() 也可以設(shè)置超時(shí)時(shí)間。
如果父任務(wù)是通過(guò)調(diào)用 Task.Run 方法而創(chuàng)建的，則可以隱式阻止子任務(wù)附加到其中。
關(guān)于附加的子任務(wù)，請(qǐng)參考：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/parallel-programming/attached-and-detached-child-tasks?view=netcore-3.1
任務(wù)返回結(jié)果以及異步獲取返回結(jié)果
要獲取任務(wù)返回結(jié)果，要使用泛型類或方法創(chuàng)建任務(wù)，例如 Task<Tresult>、Task.Factory.StartNew<TResult>()、Task.Run<TResult>。
通過(guò) 其泛型的 的 Result 屬性，可以獲得返回結(jié)果。
異步獲取任務(wù)執(zhí)行結(jié)果：
class Program
{
static void Main()
{
// *******************************
Task<int> task = new Task<int>(() =>
{
return 666;
});
// 執(zhí)行
task.Start();
// 獲取結(jié)果，屬于異步
int number = task.Result;
// *******************************
task = Task.Factory.StartNew<int>(() =>
{
return 666;
});
// 也可以異步獲取結(jié)果
number = task.Result;
// *******************************
task = Task.Run<int>(() =>
{
return 666;
});
// 也可以異步獲取結(jié)果
number = task.Result;
Console.ReadKey();
}
}如果要同步的話，可以改成：
int number = Task.Factory.StartNew<int>(() =>
{
return 666;
}).Result;捕獲任務(wù)異常
進(jìn)行中的任務(wù)發(fā)生了異常，不會(huì)直接拋出來(lái)阻止主線程執(zhí)行，當(dāng)獲取任務(wù)處理結(jié)果或者等待任務(wù)完成時(shí)，異常會(huì)重新拋出。
示例如下：
static void Main()
{
// *******************************
Task<int> task = new Task<int>(() =>
{
throw new Exception("反正就想彈出一個(gè)異常");
});
// 執(zhí)行
task.Start();
Console.WriteLine("任務(wù)中的異常不會(huì)直接傳播到主線程");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
// 當(dāng)任務(wù)發(fā)生異常，獲取結(jié)果時(shí)會(huì)彈出
int number = task.Result;
// task.Wait(); 等待任務(wù)時(shí)，如果發(fā)生異常，也會(huì)彈出
Console.ReadKey();
}亂拋出異常不是很好的行為噢~可以改成如下：
static void Main()
{
Task<Program> task = new Task<Program>(() =>
{
try
{
throw new Exception("反正就想彈出一個(gè)異常");
return new Program();
}
catch
{
return null;
}
});
task.Start();
var result = task.Result;
if (result is null)
Console.WriteLine("任務(wù)執(zhí)行失敗");
else Console.WriteLine("任務(wù)執(zhí)行成功");
Console.ReadKey();
}全局捕獲任務(wù)異常
TaskScheduler.UnobservedTaskException 是一個(gè)事件，其委托定義如下：
public delegate void EventHandler<TEventArgs>(object? sender, TEventArgs e);
下面是一個(gè)示例：
請(qǐng)發(fā)布程序后，打開(kāi)目錄執(zhí)行程序。
class Program
{
static void Main()
{
TaskScheduler.UnobservedTaskException += MyTaskException;
Task.Factory.StartNew(() =>
{
throw new ArgumentNullException();
});
Thread.Sleep(100);
GC.Collect();
GC.WaitForPendingFinalizers();
Console.WriteLine("Done");
Console.ReadKey();
}
public static void MyTaskException(object sender, UnobservedTaskExceptionEventArgs eventArgs)
{
// eventArgs.SetObserved();
((AggregateException)eventArgs.Exception).Handle(ex =>
{
Console.WriteLine("Exception type: {0}", ex.GetType());
return true;
});
}
}TaskScheduler.UnobservedTaskException 到底怎么用，筆者不太清楚。而且效果難以觀察。
請(qǐng)參考：
https://stackoverflow.com/search?q=TaskScheduler.UnobservedTaskException
到此這篇關(guān)于C#多線程系列之任務(wù)基礎(chǔ)(一)的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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