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C#中System.Threading.Tasks庫(kù)的使用

 更新時(shí)間:2025年06月29日 08:36:35   作者:CoderIsArt  
System.Threading.Tasks是.NET的TAP核心,提供異步編程模型,本文主要介紹了C#中System.Threading.Tasks庫(kù)的使用,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的可以了解一下

System.Threading.Tasks 是 .NET 中任務(wù)并行庫(kù)(Task Parallel Library, TPL)的核心組件,它提供了基于任務(wù)的異步編程模型,是現(xiàn)代 .NET 并發(fā)編程的基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)原理

1. 核心目標(biāo)

  • 抽象并發(fā)工作:將并發(fā)操作抽象為"任務(wù)"概念

  • 資源高效利用:自動(dòng)管理線程池資源

  • 組合性:支持任務(wù)鏈?zhǔn)讲僮骱徒M合

  • 取消支持:內(nèi)置取消操作機(jī)制

  • 狀態(tài)跟蹤:提供任務(wù)生命周期管理

2. 關(guān)鍵組件

  • Task/Task<T>:表示異步操作的核心類

  • TaskScheduler:控制任務(wù)如何、何時(shí)被執(zhí)行

  • TaskFactory:提供創(chuàng)建和啟動(dòng)任務(wù)的便捷方法

  • CancellationToken:任務(wù)取消機(jī)制

  • TaskCompletionSource:手動(dòng)控制任務(wù)生命周期

3. 架構(gòu)層次

  • 用戶層:開(kāi)發(fā)者直接使用的Task API

  • 調(diào)度層:TaskScheduler管理任務(wù)執(zhí)行

  • 線程池層:實(shí)際執(zhí)行工作的底層線程池

典型用法示例

示例1:基礎(chǔ)異步任務(wù)

// 創(chuàng)建并運(yùn)行簡(jiǎn)單任務(wù)
Task.Run(() => 
{
    Console.WriteLine("任務(wù)在后臺(tái)線程執(zhí)行");
    Thread.Sleep(1000); // 模擬工作
    Console.WriteLine("任務(wù)完成");
});

// 帶返回值的任務(wù)
Task<int> calculateTask = Task.Run(() => 
{
    Thread.Sleep(500);
    return 42; // 計(jì)算結(jié)果
});

// 等待任務(wù)完成并獲取結(jié)果
int result = await calculateTask;
Console.WriteLine($"計(jì)算結(jié)果: {result}");

應(yīng)用場(chǎng)景:CPU密集型后臺(tái)計(jì)算,不阻塞UI線程。

示例2:任務(wù)組合與延續(xù)

// 創(chuàng)建三個(gè)任務(wù)
Task<string> task1 = Task.Run(() => "Hello");
Task<string> task2 = Task.Run(() => "World");
Task<int> task3 = Task.Run(() => 2023);

// 等待所有任務(wù)完成
await Task.WhenAll(task1, task2, task3);

// 使用結(jié)果組合輸出
Console.WriteLine($"{task1.Result} {task2.Result} {task3.Result}");

// 任務(wù)延續(xù)
Task continuation = task1.ContinueWith(t => 
{
    Console.WriteLine($"前一個(gè)任務(wù)的結(jié)果: {t.Result}");
}, TaskContinuationOptions.OnlyOnRanToCompletion);

應(yīng)用場(chǎng)景:并行執(zhí)行多個(gè)獨(dú)立操作,然后合并結(jié)果或執(zhí)行后續(xù)操作。

示例3:高級(jí)任務(wù)控制

// 使用TaskCompletionSource手動(dòng)控制任務(wù)
var tcs = new TaskCompletionSource<string>();

// 模擬異步回調(diào)
Timer timer = new Timer(_ => 
{
    try
    {
        // 模擬工作
        string result = DateTime.Now.ToString();
        tcs.SetResult(result); // 手動(dòng)完成任務(wù)
    }
    catch (Exception ex)
    {
        tcs.SetException(ex); // 手動(dòng)設(shè)置異常
    }
}, null, 1000, Timeout.Infinite);

// 等待任務(wù)完成
try
{
    string timeString = await tcs.Task;
    Console.WriteLine($"當(dāng)前時(shí)間: {timeString}");
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"任務(wù)失敗: {ex.Message}");
}

應(yīng)用場(chǎng)景:將基于回調(diào)的異步API轉(zhuǎn)換為基于任務(wù)的異步模式(TAP)。

示例4:取消任務(wù)

var cts = new CancellationTokenSource();
CancellationToken token = cts.Token;

// 創(chuàng)建可取消的任務(wù)
Task longRunningTask = Task.Run(() => 
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        token.ThrowIfCancellationRequested(); // 檢查取消請(qǐng)求
        Thread.Sleep(100); // 模擬工作
        Console.WriteLine($"進(jìn)度: {i}%");
    }
}, token);

// 3秒后取消任務(wù)
cts.CancelAfter(3000);

try
{
    await longRunningTask;
}
catch (OperationCanceledException)
{
    Console.WriteLine("任務(wù)被取消");
}

應(yīng)用場(chǎng)景:長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的操作需要提供取消功能。

核心概念深入

1. 任務(wù)狀態(tài)機(jī)

任務(wù)有以下幾種狀態(tài):

  • Created:已創(chuàng)建但未調(diào)度

  • WaitingForActivation:等待激活

  • WaitingToRun:已調(diào)度但未開(kāi)始執(zhí)行

  • Running:正在執(zhí)行

  • WaitingForChildrenToComplete:等待子任務(wù)完成

  • RanToCompletion:成功完成

  • Canceled:被取消

  • Faulted:因異常失敗

2. 任務(wù)調(diào)度策略

  • 線程池調(diào)度器:默認(rèn)調(diào)度器,使用線程池線程

  • 同步上下文調(diào)度器:在特定同步上下文(如UI線程)執(zhí)行

  • 自定義調(diào)度器:可繼承TaskScheduler實(shí)現(xiàn)特殊調(diào)度邏輯

3. 異常處理

任務(wù)中的異常會(huì)被捕獲并存儲(chǔ)在 Task.Exception 屬性中,當(dāng)?shù)却蝿?wù)或訪問(wèn)Result屬性時(shí),這些異常會(huì)被重新拋出。

Task faultyTask = Task.Run(() => throw new InvalidOperationException("出錯(cuò)了"));

try
{
    await faultyTask;
}
catch (InvalidOperationException ex)
{
    Console.WriteLine($"捕獲到異常: {ex.Message}");
}

最佳實(shí)踐

  • 避免Task.Wait和Task.Result:可能導(dǎo)致死鎖,優(yōu)先使用await

  • 合理使用ConfigureAwait:庫(kù)代碼應(yīng)使用ConfigureAwait(false)

  • 注意任務(wù)生命周期:長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)應(yīng)考慮取消支持

  • 避免過(guò)度并行化:太多并行任務(wù)會(huì)導(dǎo)致線程池饑餓

  • 正確處理異常:確保所有任務(wù)異常都被處理

性能考慮

  • 任務(wù)創(chuàng)建開(kāi)銷:輕量級(jí)但非零成本,高頻場(chǎng)景考慮對(duì)象池

  • 線程池壓力:大量短任務(wù)可能導(dǎo)致線程池頻繁調(diào)整

  • 同步上下文:不必要地回到原始上下文會(huì)影響性能

System.Threading.Tasks 提供了強(qiáng)大而靈活的并發(fā)編程模型,是現(xiàn)代 .NET 應(yīng)用程序中處理異步和并行操作的首選方式。

到此這篇關(guān)于C#中System.Threading.Tasks庫(kù)的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C# System.Threading.Tasks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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