一、Task執(zhí)行并行任務(wù)的原理

使用Task執(zhí)行并行任務(wù)的原理是將任務(wù)分成多個(gè)小塊，每個(gè)小塊都可以在不同的線程上運(yùn)行。然后，使用Task.Run方法將這些小塊作為不同的任務(wù)提交給線程池。線程池會(huì)自動(dòng)管理線程的創(chuàng)建和銷毀，并根據(jù)系統(tǒng)資源的可用情況來(lái)自動(dòng)調(diào)整線程數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)最大化利用CPU資源的效果。

二、5個(gè)示例展示

示例1

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，展示如何使用Task來(lái)執(zhí)行并行任務(wù)：

void?Task1()
{
????//?創(chuàng)建任務(wù)數(shù)組
????var?tasks?=?new?Task[10];

????for?(var?i?=?0;?i?<?tasks.Length;?i++)
????{
????????var?taskId?=?i?+?1;

????????//?使用Task.Run方法提交任務(wù)
????????tasks[i]?=?Task.Run(()?=>
????????{
????????????Console.WriteLine("任務(wù)?{0}?運(yùn)行在線程?{1}?中",?taskId,?Task.CurrentId);
????????????//?執(zhí)行任務(wù)邏輯
????????});
????}

????//?等待所有任務(wù)完成
????Task.WaitAll(tasks);

????Console.WriteLine("所有任務(wù)運(yùn)行完成。");
????Console.ReadKey();
}

在這個(gè)示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè)長(zhǎng)度為10的任務(wù)數(shù)組，然后使用Task.Run方法將每個(gè)任務(wù)提交給線程池。在任務(wù)執(zhí)行時(shí)，使用Task.CurrentId屬性獲取當(dāng)前任務(wù)的ID，并打印出來(lái)以方便觀察。最后，我們使用Task.WaitAll方法等待所有任務(wù)完成并打印出一條完成信息。

運(yùn)行的結(jié)果：

任務(wù) 3 運(yùn)行在線程 11 中
任務(wù) 4 運(yùn)行在線程 12 中
任務(wù) 8 運(yùn)行在線程 16 中
任務(wù) 1 運(yùn)行在線程 9 中
任務(wù) 2 運(yùn)行在線程 10 中
任務(wù) 5 運(yùn)行在線程 13 中
任務(wù) 6 運(yùn)行在線程 14 中
任務(wù) 7 運(yùn)行在線程 15 中
任務(wù) 9 運(yùn)行在線程 17 中
任務(wù) 10 運(yùn)行在線程 18 中
所有任務(wù)運(yùn)行完成。

值得注意的是，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，需要根據(jù)具體情況來(lái)評(píng)估任務(wù)的大小和數(shù)量，以確保并行任務(wù)的效率和可靠性。

示例2

另一個(gè)使用Task的示例是計(jì)算斐波那契數(shù)列。我們可以將斐波那契數(shù)列的每一項(xiàng)看成一個(gè)任務(wù)，然后使用Task.WaitAll方法等待所有任務(wù)完成。

void?Task2()
{
????static?long?Fib(int?n)
????{
????????if?(n?is?0?or?1)
????????{
????????????return?n;
????????}
????????else
????????{
????????????return?Fib(n?-?1)?+?Fib(n?-?2);
????????}
????}

????const?int?n?=?10;?//?計(jì)算斐波那契數(shù)列的前n項(xiàng)

????var?tasks?=?new?Task<long>[n];

????for?(var?i?=?0;?i?<?n;?i++)
????{
????????var?index?=?i;?//?需要在閉包內(nèi)使用循環(huán)變量時(shí)需要賦值給另外一個(gè)變量

????????if?(i?<?2)
????????{
????????????tasks[i]?=?Task.FromResult((long)i);
????????}
????????else
????????{
????????????tasks[i]?=?Task.Run(()?=>?Fib(index));
????????}
????}

????//?等待所有任務(wù)完成
????Task.WaitAll(tasks);

????//?打印結(jié)果
????for?(var?i?=?0;?i?<?n;?i++)
????{
????????Console.Write("{0}?",?tasks[i].Result);
????}

????Console.ReadKey();
}

在這個(gè)示例中，我們使用Task數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)所有的任務(wù)。如果需要計(jì)算的是前兩項(xiàng)，則直接使用Task.FromResult創(chuàng)建完成任務(wù)，否則使用Task.Run方法創(chuàng)建異步任務(wù)并調(diào)用Fib方法計(jì)算結(jié)果。在等待所有任務(wù)完成后，我們遍歷Task數(shù)組，并使用Task.Result屬性獲取每個(gè)任務(wù)的結(jié)果并打印出來(lái)。

運(yùn)行的結(jié)果：

0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

需要注意的是，在創(chuàng)建異步任務(wù)時(shí)，由于循環(huán)變量在閉包內(nèi)的值是不確定的，因此需要將其賦值給另外一個(gè)變量，并在閉包內(nèi)使用該變量。否則，所有任務(wù)可能會(huì)使用同一個(gè)循環(huán)變量的值，導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤。

示例3

除了使用Task數(shù)組存儲(chǔ)所有任務(wù)，還可以使用Task.Factory.StartNew方法創(chuàng)建并行任務(wù)。這個(gè)方法與Task.Run方法類似，都可以創(chuàng)建異步任務(wù)并提交給線程池。

void?Task3()
{
????long?Factorial(int?n)
????{
????????if?(n?==?0)?return?1;
????????return?n?*?Factorial(n?-?1);
????}

????const?int?n?=?5;?//?計(jì)算階乘的數(shù)

????var?task?=?Task.Factory.StartNew(()?=>?Factorial(n));

????Console.WriteLine("計(jì)算階乘...");

????//?等待任務(wù)完成
????task.Wait();

????Console.WriteLine("{0}!?=?{1}",?n,?task.Result);
????Console.ReadKey();
}

在這個(gè)示例中，我們使用Task.Factory.StartNew方法創(chuàng)建一個(gè)計(jì)算階乘的異步任務(wù)，并等待任務(wù)完成后打印結(jié)果。

運(yùn)行結(jié)果：

計(jì)算階乘...
5! = 120

需要注意的是，盡管Task.Run和Task.Factory.StartNew方法都可以創(chuàng)建異步任務(wù)，但它們的行為略有不同。特別是，Task.Run方法總是使用TaskScheduler.Default作為任務(wù)調(diào)度器，而Task.Factory.StartNew方法可以指定任務(wù)調(diào)度器、任務(wù)類型和其他選項(xiàng)。因此，在選擇使用哪種方法時(shí)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行評(píng)估。

示例4

另一個(gè)使用Task的示例是異步讀取文件。在這個(gè)示例中，我們使用Task.FromResult方法創(chuàng)建一個(gè)完成任務(wù)，并將文件內(nèi)容作為結(jié)果返回。

void?Task4()
{
????const?string?filePath?=?"test.txt";

????var?task?=?Task.FromResult(File.ReadAllText(filePath));?//?只是方便舉例，更好的代碼應(yīng)該是：File.ReadAllTextAsync(filePath);?

????Console.WriteLine("讀取文件內(nèi)容...");

????//?等待任務(wù)完成
????task.Wait();

????Console.WriteLine("文件內(nèi)容:?{0}",?task.Result);
????Console.ReadKey();
}

在這個(gè)示例中，我們使用Task.FromResult方法創(chuàng)建一個(gè)完成任務(wù)，并通過(guò)File.ReadAllText方法讀取文件內(nèi)容并將其作為結(jié)果返回。在等待任務(wù)完成后，我們可以通過(guò)調(diào)用Task.Result屬性來(lái)獲取任務(wù)的結(jié)果。

文中記事本請(qǐng)隨意創(chuàng)建

需要注意的是，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，如果需要處理大型文件或需要執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間的I/O操作，則應(yīng)該使用異步代碼來(lái)避免阻塞UI線程。例如，在讀取大型文件時(shí)，我們可以使用異步代碼來(lái)避免阻塞UI線程，從而提高應(yīng)用程序的性能和響應(yīng)速度。

示例5

最后一個(gè)示例是使用Task和async/await實(shí)現(xiàn)異步任務(wù)。在這個(gè)示例中，我們將一個(gè)耗時(shí)的操作封裝為異步方法，并使用async/await關(guān)鍵字來(lái)等待該操作完成。

async?Task?Task5()
{
????async?Task<string>?LongOperationAsync()
????{
????????//?模擬耗時(shí)操作
????????await?Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(3));

????????return?"完成";
????}

????Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-dd?HH:mm:ss.fff}開(kāi)始耗時(shí)操作...");

????//?等待異步方法完成
????var?result?=?await?LongOperationAsync();

????Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-dd?HH:mm:ss.fff}耗時(shí)操作完成:?{result}");
????Console.ReadKey();
}

在這個(gè)示例中，我們使用async/await關(guān)鍵字將LongOperationAsync方法聲明為異步方法，并使用await關(guān)鍵字等待Task.Delay操作完成。在主程序中，我們可以使用await關(guān)鍵字等待LongOperationAsync完成并獲取其結(jié)果。

2023-03-28 20:54:09.111開(kāi)始耗時(shí)操作...
2023-03-28 20:54:12.143耗時(shí)操作完成: 完成

需要注意的是，在使用async/await關(guān)鍵字時(shí)，應(yīng)該避免在異步方法內(nèi)部使用阻塞線程的操作，否則可能會(huì)導(dǎo)致UI線程被阻塞。如果必須執(zhí)行阻塞操作，可以將其放在不同的線程上執(zhí)行，或者使用異步IO操作來(lái)避免阻塞線程。

三、使用async/await關(guān)鍵字注意

在使用async/await關(guān)鍵字時(shí)，還有一些細(xì)節(jié)需要注意，再給出兩個(gè)示例。

示例1

示例代碼如下所示：

async?Task?Task6()
{
????async?Task<string>?LongOperationAsync(int?id)
????{
????????//?模擬耗時(shí)操作
????????await?Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1?+?id));

????????return?$"{DateTime.Now:ss.fff}完成?{id}";
????}

????Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-dd?HH:mm:ss.fff}開(kāi)始耗時(shí)操作...");

????//?等待多個(gè)異步任務(wù)完成
????var?task1?=?LongOperationAsync(1);
????var?task2?=?LongOperationAsync(2);
????var?task3?=?LongOperationAsync(3);

????var?results?=?await?Task.WhenAll(task1,?task2,?task3);
????var?resultStr?=?string.Join(",",?results);

????Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-dd?HH:mm:ss.fff}耗時(shí)操作完成:?{resultStr}");
????Console.ReadKey();
}

在這個(gè)示例中，我們使用Task.WhenAll方法等待多個(gè)異步任務(wù)完成，并使用Join方法將所有任務(wù)的結(jié)果連接起來(lái)作為最終結(jié)果。

2023-03-28 21:15:42.855開(kāi)始耗時(shí)操作...
2023-03-28 21:15:46.894耗時(shí)操作完成: 44.888完成 1,45.883完成 2,46.893完成 3

示例2

另一個(gè)需要注意的問(wèn)題是，在使用async/await關(guān)鍵字時(shí)，應(yīng)該盡可能避免使用ConfigureAwait(false)方法。這個(gè)方法可以讓異步操作不必恢復(fù)到原始的SynchronizationContext上，從而減少線程切換的開(kāi)銷和提高性能。

然而，在某些情況下，如果在異步操作完成后需要返回到原始的SynchronizationContext上，使用ConfigureAwait(false)會(huì)導(dǎo)致調(diào)用者無(wú)法正確處理結(jié)果。因此，建議僅在確定不需要返回到原始的SynchronizationContext上時(shí)才使用ConfigureAwait(false)方法。

示例代碼: 假設(shè)我們有一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序，其中有兩個(gè)異步方法：MethodAAsync()和MethodBAsync()。MethodAAsync()會(huì)等待1秒鐘，然后返回一個(gè)字符串。MethodBAsync()會(huì)等待2秒鐘，然后返回一個(gè)字符串。代碼如下所示：

async?Task<string>?MethodAAsync()
{
????await?Task.Delay(1000);
????return?$"{DateTime.Now:ss.fff}>Hello";
}

async?Task<string>?MethodBAsync()
{
????await?Task.Delay(2000);
????return?$"{DateTime.Now:ss.fff}>World";
}

現(xiàn)在，我們想要同時(shí)調(diào)用這兩個(gè)方法，并將它們的結(jié)果合并成一個(gè)字符串。我們可以像下面這樣編寫代碼：

async?Task<string>?CombineResultsAAsync()
{
????var?resultA?=?await?MethodAAsync();
????var?resultB?=?await?MethodBAsync();
????return?$"{DateTime.Now:yyyy-MM-dd?HH:mm:ss.fff}:?{resultA}?|?{resultB}";
}

這個(gè)代碼看起來(lái)非常簡(jiǎn)單明了，但是它存在一個(gè)性能問(wèn)題。當(dāng)我們調(diào)用CombineResultsAAsync()方法時(shí)，第一個(gè)await操作將使執(zhí)行上下文切換回原始SynchronizationContext（即主線程），因此我們的異步操作將在UI線程上運(yùn)行。由于我們要等待1秒鐘才能從MethodAAsync()中返回結(jié)果，因此UI線程將被阻塞，直到異步操作完成并且結(jié)果可用為止。

這種情況下，我們可以使用ConfigureAwait(false)方法來(lái)指定不需要保留當(dāng)前上下文的線程執(zhí)行狀態(tài)，從而讓異步操作在一個(gè)線程池線程上運(yùn)行。這可以通過(guò)下面的代碼實(shí)現(xiàn)：

async?Task<string>?CombineResultsBAsync()
{
????var?resultA?=?await?MethodAAsync().ConfigureAwait(false);
????var?resultB?=?await?MethodBAsync().ConfigureAwait(false);
????return?$"{DateTime.Now:yyyy-MM-dd?HH:mm:ss.fff}:?{resultA}?|?{resultB}";
}

通過(guò)使用ConfigureAwait(false)方法，我們告訴異步操作不需要保留當(dāng)前上下文的線程執(zhí)行狀態(tài)，這樣異步操作就會(huì)在一個(gè)線程池線程上運(yùn)行，而不是在UI線程上運(yùn)行。這樣做可以避免一些潛在的性能問(wèn)題，因?yàn)槲覀兊腢I線程不會(huì)被阻塞，并且異步操作可以在一個(gè)新的線程池線程上運(yùn)行。

四、總結(jié)

在使用async/await關(guān)鍵字時(shí)，應(yīng)該遵循一些最佳實(shí)踐，以提高代碼的可讀性、可維護(hù)性和性能。下面是一些常見(jiàn)的最佳實(shí)踐：

• 盡可能將異步方法聲明為Task或Task<TResult>類型，以便可以使用await關(guān)鍵字等待其完成。如果異步方法不返回任何內(nèi)容，則應(yīng)將其聲明為Task類型。
• 在異步方法內(nèi)部盡可能避免使用阻塞線程的操作，而應(yīng)該使用非阻塞操作來(lái)模擬延遲。如果必須執(zhí)行阻塞操作，可以將其放在不同的線程上執(zhí)行，或者使用異步IO操作來(lái)避免阻塞線程。
• 在異步方法內(nèi)部不要捕獲異常并立即處理，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致代碼變得復(fù)雜難以維護(hù)。應(yīng)該讓調(diào)用者自行處理異常。如果必須在異步方法內(nèi)部捕獲異常，也應(yīng)該將其包裝成AggregateException異常，并將其傳遞給調(diào)用者。
• 在使用ConfigureAwait(false)方法時(shí)要小心，只有在確定不需要返回到原始的SynchronizationContext上時(shí)才使用，否則可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)用者無(wú)法正確處理結(jié)果。
• 盡量避免在異步方法中使用不安全的線程API，例如Thread.Sleep或Thread.Join等方法，以確保代碼的可移植性和穩(wěn)定性。應(yīng)該使用非阻塞的異步方法來(lái)模擬延遲。
• 在使用async/await關(guān)鍵字時(shí)，應(yīng)該遵循一些命名約定，例如異步方法的名稱應(yīng)該以Async結(jié)尾，以便于區(qū)分同步和異步方法。
• 在需要同時(shí)等待多個(gè)異步任務(wù)完成時(shí)，可以使用Task.WhenAll方法等待所有任務(wù)完成。如果只需要等待其中一個(gè)任務(wù)完成，則可以使用Task.WhenAny方法等待任意一個(gè)任務(wù)完成。
• 在異步方法內(nèi)部，應(yīng)該將耗時(shí)的操作封裝為另外的異步方法，并在需要的地方使用async/await關(guān)鍵字調(diào)用它們，以提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。
• 在使用async/await關(guān)鍵字時(shí)，應(yīng)該盡可能避免使用線程同步機(jī)制，例如lock關(guān)鍵字或Monitor類，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致UI線程被阻塞。而應(yīng)該使用異步鎖或其他非阻塞的線程同步機(jī)制。

總之，使用Task和async/await可以大大簡(jiǎn)化異步編程，提高代碼的可讀性、可維護(hù)性和性能。但是，需要注意一些細(xì)節(jié)和最佳實(shí)踐，以確保代碼的正確性和穩(wěn)定性。

到此這篇關(guān)于C#使用Task實(shí)現(xiàn)執(zhí)行并行任務(wù)的原理的示例詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C# Task執(zhí)行并行任務(wù)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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