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C#多線程系列之任務基礎(二)

 更新時間:2022年02月14日 10:18:22   作者:癡者工良  
本文詳細講解了C#多線程的任務基礎,文中通過示例代碼介紹的非常詳細。對大家的學習或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下

判斷任務狀態(tài)

屬性說明
IsCanceled獲取此 Task 實例是否由于被取消的原因而已完成執(zhí)行。
IsCompleted獲取一個值,它表示是否已完成任務。
IsCompletedSuccessfully了解任務是否運行到完成。
IsFaulted獲取 Task是否由于未經處理異常的原因而完成。
Status獲取此任務的 TaskStatus。

要檢測一個任務是否出錯(指任務因未經處理的異常而導致工作終止),要使用 IsCanceled 和 IsFaulted 兩個屬性,只要任務拋出異常,IsFaulted 為 true。但是取消任務本質是拋出 OperationCancelExcetion 異常,不代表任務出錯。

即使任務拋出了未經處理的異常,也算是完成了任務,因此 IsCompleted 屬性,會為 true。

示例如下:

代碼有點多,不易觀察,請復制到程序中運行。

    class Program
    {
        static void Main()
        {
            // 正常任務
            Task task1 = new Task(() =>
            {
            });
            task1.Start();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task1.IsCanceled, task1.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任務是否完成:" + task1.IsCompleted);
            Console.WriteLine("-------------------");
            
            // 異常任務
            Task task2 = new Task(() =>
            {
                throw new Exception();
            });
            task2.Start();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task2.IsCanceled, task2.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任務是否完成:" + task2.IsCompleted);
            Console.WriteLine("-------------------");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

            CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
            // 取消任務
            Task task3 = new Task(() =>
            {
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(3));
            }, cts.Token);
            task3.Start();
            cts.Cancel();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task3.IsCanceled, task3.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任務是否完成:" + task3.IsCompleted);
            Console.ReadKey();
        }

        public static void GetResult(bool isCancel, bool isFault)
        {
            if (isCancel == false && isFault == false)
                Console.WriteLine("沒有異常發(fā)生");
            else if (isCancel == true)
                Console.WriteLine("任務被取消");
            else
                Console.WriteLine("任務引發(fā)了未經處理的異常");
        }
    }

再說父子任務

在上一篇文章中《C#多線程(13):任務基礎①》,我們學習了父子任務,父任務需要等待子任務完成后才算完成任務。

上一章只是給出示例,沒有明確說明場景和實驗結果,這里重新寫一個示例來補充。

非父子任務:

外層任務不會等待內嵌的任務完成,直接完成或返回結果。

        static void Main()
        {
            //兩個任務沒有從屬關系,是獨立的
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 非子任務
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    for (int i = 0; i < 5; i++)
                    {
                        Console.WriteLine("     內層任務1");
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                    }
                });
                task1.Start();
                return 666;
            });
            task.Start();
            Console.WriteLine($"任務運算結果是:{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");
            Console.ReadKey();
            }

父子任務:

父任務等待子任務完成后,才能算完成任務,然后返回結果。

        static void Main()
        {
            // 父子任務
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 子任務
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    for (int i = 0; i < 5; i++)
                    {
                        Console.WriteLine("     內層任務1");
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                    }
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
                task1.Start();

                Console.WriteLine("最外層任務");
                return 666;
            });

            task.Start();
            Console.WriteLine($"任務運算結果是:{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");

            Console.ReadKey();
        }

組合任務/延續(xù)任務

Task.ContinueWith() 方法創(chuàng)建一個在 任務(Task)實例 完成時異步執(zhí)行的延續(xù)任務。

Task.ContinueWith() 的重載方法非常多,可以參考:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.task.continuewith?view=netcore-3.1#--

這里我們使用的構造函數(shù)定義如下:

public Task ContinueWith(Action<Task> continuationAction);

一個簡單的示例:

            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一個任務");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            });

            // 接下來第二個任務
            task.ContinueWith(t =>
            {
                Console.WriteLine($"     第二個任務}");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            });
            task.Start();

一個任務(Task) 是可以設置多個延續(xù)任務的,這些任務是并行的,例如:

        static void Main()
        {
            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一個任務");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            });

            // 任務①
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"    任務① ");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            });

            // 任務②
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"     任務②");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            });

            // 任務① 和 任務② 屬于同級并行任務

            task.Start();
            }

通過多次實現(xiàn)延續(xù)/組合任務,會實現(xiàn)強有力的任務流程。

復雜的延續(xù)任務

經過上一小節(jié),我們學習了 ContinueWith() 來延續(xù)任務,現(xiàn)在我們來學習更多的重載方法,實現(xiàn)更加復雜的延續(xù)。

ContinueWith() 重載方法很多,它們的參數(shù)都含有下面幾種參數(shù)之一或多個。

  • continuationAction

    類型:Action 或 Func

一個要執(zhí)行的任務。

  • state

    類型:Object

給延續(xù)任務傳遞的參數(shù)。

  • cancellationToken

    類型:CancellationToken

取消標記。

  • continuationOptions

    類型:TaskContinuationOptions

控制延續(xù)任務的創(chuàng)建和特性。

  • scheduler

    類型:TaskScheduler

要與延續(xù)任務關聯(lián)并用于其執(zhí)行過程的 TaskScheduler。

前面四個參數(shù)(類型),在以往的文章中已經出現(xiàn)過,這里就不再贅述;TaskScheduler 類型,這里先講解,后面再說。

注意 TaskCreationOptions 和 TaskContinuationOptions 的區(qū)別,在前一篇我們學習過 TaskCreationOptions。這里來學習 TaskContinuationOptions 。

TaskContinuationOptions 可以在以下重載上使用:

ContinueWith(Action, CancellationToken, TaskContinuationOptions, TaskScheduler)
ContinueWith(Action>, TaskContinuationOptions

在延續(xù)中,這樣使用是無效的:

            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一個任務");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            });
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"    任務① ");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            },TaskContinuationOptions.AttachedToParent);

因為 TaskContinuationOptions 需要有嵌套關系的父子任務,才能生效。

正確使用方法:

        static void Main()
        {
            // 父子任務
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 子任務
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    Console.WriteLine("     內層任務1");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);

                task1.ContinueWith(t =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    Console.WriteLine("內層延續(xù)任務,也屬于子任務");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                }, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);

                task1.Start();

                Console.WriteLine("最外層任務");
                return 666;
            });

            task.Start();
            Console.WriteLine($"任務運算結果是:{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");

            Console.ReadKey();
        }

file

并行(異步)處理任務

這里我們來學習 Task.WhenAll() 方法的使用。

Task.WhenAll() :等待提供的所有 Task 對象完成執(zhí)行過程

使用示例如下:

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任務開始執(zhí)行");
                }));

            // public static Task WhenAll(IEnumerable<Task> tasks);

            // 相當于多個任務,生成一個任務
            Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
            // 不需要等待的話就去除
            taskOne.Wait();

            Console.ReadKey();
        }

Task taskOne = Task.WhenAll(tasks); 可以寫成 Task.WhenAll(tasks);,返回的 Task 對象可以用來判斷任務執(zhí)行情況。

要注意,下面這樣是無效的:

你可以修改上面的代碼進行測試。

                tasks.Add(new Task(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任務開始執(zhí)行");
                }));

我也不知道為啥 new Task() 不行。。。

如果任務有返回值,則可以使用下面這種方法

        static void Main()
        {
            List<Task<int>> tasks = new List<Task<int>>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run<int>(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任務開始執(zhí)行");
                    return new Random().Next(0,10);
                }));

            Task<int[]> taskOne = Task.WhenAll(tasks);

            foreach (var item in taskOne.Result)
                Console.WriteLine(item);

            Console.ReadKey();
        }

并行(同步)處理任務

Task.WaitAll():等待提供的所有 Task 對象完成執(zhí)行過程。

我們來看看 Task.WaitAll() 其中一個重載方法的定義:

public static bool WaitAll (Task[] tasks, int millisecondsTimeout, CancellationToken cancellationToken);
  • tasks 類型:Task[]

要執(zhí)行的所有任務。

  • millisecondsTimeout 任務:Int32

等待的毫秒數(shù),-1 表示無限期等待。

  • cancellationToken 類型:CancellationToken

等待任務完成期間要觀察的 CancellationToken。

Task.WaitAll() 的示例如下:

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任務開始執(zhí)行");
                }));

            Task.WaitAll(tasks.ToArray());

            Console.ReadKey();
        }

Task.WaitAll() 會讓當前線程等待所有任務執(zhí)行完畢。并且 Task.WaitAll() 是沒有泛型的,也么沒有返回結果。

并行任務的 Task.WhenAny

Task.WhenAny() 和 Task.WhenAll() 使用上差不多,Task.WhenAll() 當所有任務都完成時,才算完成,而 Task.WhenAny() 只要其中一個任務完成,都算完成。

這一點可以參考上面的 父子任務。

參考使用示例如下:

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(new Random().Next(0, 5)));
                    Console.WriteLine("     正在執(zhí)行任務");
                }));
            Task taskOne = Task.WhenAny(tasks);
            taskOne.Wait(); // 任意一個任務完成,就可以解除等待

            Console.WriteLine("有任務已經完成了");

            Console.ReadKey();
        }

當然,Task.WhenAny() 也有泛型方法,可以返回結果。

并行任務狀態(tài)

Task.Status 屬性可以獲取任務的狀態(tài)。其屬性類型是一個 TaskStatus 枚舉,其定義如下:

枚舉說明
Canceled6已經通過 CancellationToken 取消任務。
Created0該任務已初始化,但尚未被計劃。
Faulted7由于未處理異常的原因而完成的任務。
RanToCompletion5已成功完成執(zhí)行的任務。
Running3該任務正在運行,但尚未完成。
WaitingForActivation1該任務正在等待 .NET Framework 基礎結構在內部將其激活并進行計劃。
WaitingForChildrenToComplete4該任務已完成執(zhí)行,正在隱式等待附加的子任務完成。
WaitingToRun2該任務已被計劃執(zhí)行,但尚未開始執(zhí)行。

在使用并行任務時,Task.Status 的值,有一定規(guī)律:

  • 如果有其中一個任務出現(xiàn)未經處理的異常,那么返回TaskStatus.Faulted;

  • 如果所有任務都出現(xiàn)未經處理的異常,會返回 TaskStatus. RanToCompletion ;

  • 如果其中一個任務被取消(即使出現(xiàn)未經處理的異常),會返回 TaskStaus.Canceled;

循環(huán)中值變化問題

請運行測試下面兩個示例:

        static void Main()
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
                new Thread(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {i}");
                }).Start();

            Console.ReadKey();
        }
        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {i}");
                }));
            Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
            taskOne.Wait();

            Console.ReadKey();
        }

你會發(fā)現(xiàn),兩個示例的結果并不是 1,2,3,4,5,而是 5,5,5,5,5。

這個問題稱為 Race condition(競爭條件),可以參考維基百科:

https://en.wikipedia.org/wiki/Race_condition

微軟文檔里面也有關于此問題的說明,請參考:

https://docs.microsoft.com/zh-cn/archive/blogs/ericlippert/closing-over-the-loop-variable-considered-harmful

由于 i 在整個生命周期,內存都是在同一個位置,每個線程或任務對其值得使用,都是指向相同位置的。

這樣就行了:

        static void Main()
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                int tmp = i;
                new Thread(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {tmp}");
                }).Start();
            }

            Console.ReadKey();
        }

這樣是無效的:

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                new Thread(() =>
                {
                    int tmp = i;
                    Console.WriteLine($"i = {tmp}");
                }).Start();

定時任務 TaskScheduler 類

TaskScheduler 類:表示一個處理將任務排隊到線程中的低級工作的對象。

網上大多數(shù)示例是 Wpf 、WinForm的,微軟文檔也是很復雜的樣子: https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.taskscheduler?view=netcore-3.1#properties

貌似 TaskScheduler 主要對 SynchronizationContext 進行控制,也就是說是對 UI 起作用。

到此這篇關于C#多線程系列之任務基礎(二)的文章就介紹到這了。希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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