【转】细说.NET中的多线程 (三 使用Task)
上一節我們介紹了線程池相關的概念以及用法。我們可以發現ThreadPool. QueueUserWorkItem是一種起了線程之后就不管了的做法。但是實際應用過程，我們往往會有更多的需求，比如如何更簡單的知道線程池里面的某些線程什么時候結束，線程結束后如何執行別的任務。Task可以說是ThreadPool的升級版，在線程任務調度，并行編程中都有很大的作用。
創建并且初始化Task
使用lambda表達式創建Task
| 1 2 3 4 | Task.Factory.StartNew(() => Console.WriteLine("Hello from a task!")); ? var?task =?new?Task(() => Console.Write("Hello")); task.Start(); |
用默認參數的委托創建Task
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | using?System; using?System.Threading.Tasks; ? namespace?MultiThread { ????class?ThreadTest ????{ ????????static?void?Main() ????????{ ????????????var?task = Task.Factory.StartNew(state => Greet("Hello"),?"Greeting"); ????????????Console.WriteLine(task.AsyncState);???// Greeting ????????????task.Wait(); ????????} ? ????????static?void?Greet(string?message) { Console.Write(message); } ? ????} } |
這種方式的一個優點是，task.AsyncState作為一個內置的屬性，可以在不同線程中獲取參數的狀態。
System.Threading.Tasks.TaskCreateOptions
創建Task的時候，我們可以指定創建Task的一些相關選項。在.Net 4.0中，有如下選項：
LongRunning
用來表示這個Task是長期運行的，這個參數更適合block線程。LongRunning線程一般回收的周期會比較長，因此CLR可能不會把它放到線程池中進行管理。
PreferFairness
表示讓Task盡量以公平的方式運行，避免出現某些線程運行過快或者過慢的情況。
AttachedToParent
表示創建的Task是當前線程所在Task的子任務。這一個用途也很常見。
下面的代碼是創建子任務的示例：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 | using?System; using?System.Threading; using?System.Threading.Tasks; ? namespace?MultiThread { ????class?ThreadTest ????{ ????????public?static?void?Main(string[] args) ????????{ ????????????Task parent = Task.Factory.StartNew(() => ????????????{ ????????????????Console.WriteLine("I am a parent"); ? ????????????????Task.Factory.StartNew(() =>????????// Detached task ????????????????{ ????????????????????Console.WriteLine("I am detached"); ????????????????}); ? ????????????????Task.Factory.StartNew(() =>????????// Child task ????????????????{ ????????????????????Console.WriteLine("I am a child"); ????????????????}, TaskCreationOptions.AttachedToParent); ????????????}); ? ????????????parent.Wait(); ? ????????????Console.ReadLine(); ????????} ? ????} } |
如果你等待你一個任務結束，你必須同時等待任務里面的子任務結束。這一點很重要，尤其是你在使用Continue的時候。(后面會介紹)
等待Task
在ThreadPool內置的方法中無法實現的等待，在Task中可以很簡單的實現了：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | using?System; using?System.Threading; using?System.Threading.Tasks; ? namespace?MultiThread { ????class?ThreadTest ????{ ????????static?void?Main() ????????{ ????????????var?t1 = Task.Run(() => Go(null)); ????????????var?t2 = Task.Run(() => Go(123)); ????????????Task.WaitAll(t1, t2);//等待所有Task結束 ????????????//Task.WaitAny(t1, t2);//等待任意Task結束 ????????} ? ????????static?void?Go(object?data)???// data will be null with the first call. ????????{ ????????????Thread.Sleep(5000); ????????????Console.WriteLine("Hello from the thread pool! "?+ data); ????????} ????} } |
注意：
當你調用一個Wait方法時，當前的線程會被阻塞，直到Task返回。但是如果Task還沒有被執行，這個時候系統可能會用當前的線程來執行調用Task，而不是新建一個，這樣就不需要重新創建一個線程，并且阻塞當前線程。這種做法節省了創建新線程的開銷，也避免了一些線程的切換。但是也有缺點，當前線程如果和被調用的Task同時想要獲得一個lock，就會導致死鎖。
Task異常處理
當等待一個Task完成的時候（調用Wait或者或者訪問Result屬性的時候），Task任務中沒有處理的異常會被封裝成AggregateException重新拋出，InnerExceptions屬性封裝了各個Task沒有處理的異常。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 | using?System; using?System.Threading.Tasks; ? namespace?MultiThreadTest { ????class?Program ????{ ????????static?void?Main(string[] args) ????????{ ????????????int?x = 0; ????????????Task<int> calc = Task.Factory.StartNew(() => 7 / x); ????????????try ????????????{ ????????????????Console.WriteLine(calc.Result); ????????????} ????????????catch?(AggregateException aex) ????????????{ ????????????????Console.Write(aex.InnerException.Message);??// Attempted to divide by 0 ????????????} ????????} ????} } |
對于有父子關系的Task，子任務未處理的異常會逐層傳遞到父Task，并且最后包裝在AggregateException中。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | using?System; using?System.Threading.Tasks; ? namespace?MultiThreadTest { ????class?Program ????{ ????????static?void?Main(string[] args) ????????{ ????????????TaskCreationOptions atp = TaskCreationOptions.AttachedToParent; ????????????var?parent = Task.Factory.StartNew(() => ????????????{ ????????????????Task.Factory.StartNew(() =>???// Child ????????????????{ ????????????????????Task.Factory.StartNew(() => {?throw?null; }, atp);???// Grandchild ????????????????}, atp); ????????????}); ? ????????????// The following call throws a NullReferenceException (wrapped ????????????// in nested AggregateExceptions): ????????????parent.Wait(); ????????} ????} } |
取消Task
如果想要支持取消任務，那么在創建Task的時候，需要傳入一個CancellationTokenSouce
示例代碼：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 | using?System; using?System.Threading; using?System.Threading.Tasks; ? namespace?MultiThreadTest { ????class?Program ????{ ????????static?void?Main(string[] args) ????????{ ????????????var?cancelSource =?new?CancellationTokenSource(); ????????????CancellationToken token = cancelSource.Token; ? ????????????Task task = Task.Factory.StartNew(() => ????????????{ ????????????????// Do some stuff... ????????????????token.ThrowIfCancellationRequested();??// Check for cancellation request ????????????????// Do some stuff... ????????????}, token); ????????????cancelSource.Cancel(); ? ????????????try ????????????{ ????????????????task.Wait(); ????????????} ????????????catch?(AggregateException ex) ????????????{ ????????????????if?(ex.InnerException?is?OperationCanceledException) ????????????????????Console.Write("Task canceled!"); ????????????} ? ????????????Console.ReadLine(); ????????} ????} } |
任務的連續執行
Continuations
任務調度也是常見的需求，Task支持一個任務結束之后執行另一個任務。
| 1 2 | Task task1 = Task.Factory.StartNew(() => Console.Write("antecedant..")); Task task2 = task1.ContinueWith(task =>Console.Write("..continuation")); |
Continuations 和Task<TResult>
Task也有帶返回值的重載，示例代碼如下：
| 1 2 3 4 | Task.Factory.StartNew<int>(() => 8) ????.ContinueWith(ant => ant.Result * 2) ????.ContinueWith(ant => Math.Sqrt(ant.Result)) ????.ContinueWith(ant => Console.WriteLine(ant.Result));???// output 4 |
子任務
前面提到了，當你等待一個任務的時候，同時需要等待它的子任務完成。
下面代碼演示了帶子任務的Task：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 | using?System; using?System.Threading.Tasks; using?System.Threading; ? namespace?MultiThreadTest { ????class?Program ????{ ????????public?static?void?Main(string[] args) ????????{ ????????????Task<int[]> parentTask = Task.Factory.StartNew(() => ????????????{ ????????????????int[] results =?new?int[3]; ? ????????????????Task t1 =?new?Task(() => { Thread.Sleep(3000); results[0] = 0; }, TaskCreationOptions.AttachedToParent); ????????????????Task t2 =?new?Task(() => { Thread.Sleep(3000); results[1] = 1; }, TaskCreationOptions.AttachedToParent); ????????????????Task t3 =?new?Task(() => { Thread.Sleep(3000); results[2] = 2; }, TaskCreationOptions.AttachedToParent); ? ????????????????t1.Start(); ????????????????t2.Start(); ????????????????t3.Start(); ? ????????????????return?results; ????????????}); ? ????????????Task finalTask = parentTask.ContinueWith(parent => ????????????{ ????????????????foreach?(int?result?in?parent.Result) ????????????????{ ????????????????????Console.WriteLine(result); ????????????????} ????????????}); ? ????????????finalTask.Wait(); ????????????Console.ReadLine(); ????????} ????} } |
這段代碼的輸出結果是： 1,2,3
FinalTask會等待所有子Task結束后再執行。
TaskFactory
關于TaskFactory，上面的例子中我們使用了System.Threading.Tasks .Task.Factory屬性來快速的創建Task。當然你也可以自己創建TaskFactory，你可以指定自己的TaskCreationOptions，TaskContinuationOptions來使得通過你的Factory創建的Task默認行為不同。
.Net中有一些默認的創建Task的方式，由于TaskFactory創建Task的默認行為不同可能會導致一些不容易發現的問題。
如在.NET 4.5中，Task加入了一個Run的靜態方法：
Task.Run(someAction);
如果你用這個方法代替上面例子中的Task.Factory.StartNew，就無法得到正確的結果。原因是Task.Run創建Task的行為默認是默認是拒絕添加子任務的。上面的代碼等價于：
????Task.Factory.StartNew(someAction, CancellationToken.None, TaskCreationOptions.DenyChildAttach, TaskScheduler.Default);
你也可以創建具有自己默認行為的TaskFactory。
?
無論ThreadPool也好，或者Task，微軟都是在想進辦法來實現線程的重用，來節省不停的創建銷毀線程帶來的開銷。線程池內部的實現可能在不同版本中有不同的機制。如果可能的話，使用線程池來管理線程仍然是建議的選擇。
?
我們主要介紹了一下Task的基本用法，在我們編程過程中，有一些使用Task來提升程序性能的場景往往是很相似的，微軟為了簡化編程，在System.Threading.Tasks.Parallel中封裝了一系列的并行類，內部也是通過Task來實現的。
Parallel的For，Foreach，Invoke 方法
在編程過程中，我們經常會用到循環語句：
?
| 1 2 3 4 | for?(int?i = 0; i < 10; i++) { ????DoSomeWork(i); } |
如果循環過程中的工作可以是并行的話，那么我們可以用如下語句：
?
| 1 | Parallel.For(0, 10, i => DoSomeWork(i)); |
我們也經常會使用Foreach來遍歷某個集合：
?
| 1 2 3 4 | foreach?(var?item?in?collection) { ????DoSomeWork(item); } |
如果我們用一個線程池來執行里面的任務，那么我們可以寫成：
?
| 1 | Parallel.ForEach(collection, item => DoSomeWork(item)); |
最后，如果你想并行的執行幾個不同的方法，你可以：
?
| 1 | Parallel.Invoke(Method1, Method2, Method3); |
如果你看下后臺的實現，你會發現基本都是基于Task的線程池，當然你也可以通過手動創建一個Task集合，然后等待所有的任務結束來實現同樣的功能。上面的Parallel.For和Parallel.Forach方法并不意味著你可以尋找你代碼里面所有用到For和Foreach方法，并且替代他們，因為每一個任務都會分配一個委托，并且在線程池里執行，如果委托里面的任務是線程不安全的，你可能還需要lock來保證線程安全，使用lock本身就會造成性能上的損耗。如果每一個任務都是需要長時間執行并且線程安全的，Parallel會給你帶來不錯的性能提升。對于短任務，或者線程不安全的任務，你需要權衡下，你是否真的需要使用Parallel。
作者：獨上高樓
出處：http://www.cnblogs.com/myprogram/
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的【转】细说.NET中的多线程 (三 使用Task)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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