在.NET 4.0中，并行計算與多線程得到了一定程度的加強，這主要體現在并行對象Parallel，多線程Task，與PLinq。這里對這些相關的特性一起總結一下。

　　使用Thread方式的線程無疑是比較麻煩的，于是在這個版本中有了改善的版本Task。除了運行效率等方面的提升，Task還與并行計算緊緊聯系在了一起，這些線程充分的利用了多核的優勢，在一定的場合下，大幅的提高了程序的運行效率。屏蔽了運行細節的Task和Parallel方式使得程序員們完全不用編寫任何針對多核的程序，只需要使用標準的類庫完成任務就可以了，其它的CLR會去處理。

這一篇中先看第一個利器：多線程Task。

　　Task類為把線程類進行改良，使之使用起來更簡便，更加容易。要想開啟一個新的線程執行任務，只要調用Task.Factory.StartNew方法就可以了，執行完這個語句后線程就開始運行了。當然了，使用new初始化一個Task，然后適時調用其Start方法開始運行也是很不錯的一個選擇。

using System; using System.Threading.Tasks;class Program {static void Main(string[] args){ var task = Task.Factory.StartNew(() =>{for (int i = 0; i < 100; i++) { Console.Write('B'); }});task.ContinueWith(t =>{Console.WriteLine();Console.WriteLine("sub task {0} done", t.Id);});for (int i = 0; i < 100; i++) { Console.Write('A'); }task.Wait();} }

　　注意最后的task.Wait()，調用這個方法是等待子線程執行結束，當需要等待子線程結果的時候，它最有用。

　　task對象還有很多有用的方法，從它們的名字就可以知道它們各自的用途了，其中實例方法如上面的ContinueWith方法，它會在task執行完畢后執行其參數指定的行為；靜態方法如WaitAny，WaitAll等，它們指定了在執行多個task時主線程的等待條件。

　　對于多線程編程來說，啟動線程并等待其自然結束是最常見的一種應用，處理也比較簡單。相比而言，線程的中途終止和異常的處理要麻煩的多，難以預計的隱藏bug會出現在線程程序中。

線程的終止類型

　　線程執行的任務結束以后，線程就正常結束了。這里線程任務結束通常有3種情況：任務正常執行完，任務被取消，任務被異常打斷結束。查詢Task結束時的狀態類型就是調用相關的屬性，如下面的例子：

static void Main(string[] args) {Task t = new Task(() =>{Console.WriteLine("任務開始工作……");//模擬工作過程Thread.Sleep(5000);});t.Start();t.ContinueWith((task) =>{Console.WriteLine("任務完成，完成時候的狀態為：");Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted);});Console.ReadKey(); }

　　Task對象的三個屬性IsCompleted，IsCanceled，IsFaulted就是查詢線程的執行情況，不過需要注意，只要線程結束了，不管是以什么方式，IsCompleted始終返回true。IsCanceled代表程序被主動取消了，IsFaulted代表線程出現異常被動結束，這兩個值都為false，代表線程是正常執行完結束的。

　　正常結束的情況比較簡單，這里就不多說了，這里看一下子線程任務的取消問題。這在編程中是很常見的一個需求，啟動了一個線程以后，發現某些條件具備了，就不需要線程繼續運行了，這個時候就需要取消線程任務。

主動取消/中止線程的標準做法

　　在以前的版本中，我基本上是都通Thread的Abort方法強行的中止線程。在C# 4.0中，標準的取消一個線程任務的做法是使用協作式取消(Cooperative Cancellation)。協作式取消的機制是，如果線程需要被停止，那么線程自身就得負責開放給調用者這樣的接口：Cancled，然后線程在工作的同時，不斷以某種頻率檢測Cancled標識(通常是把任務主體包裝到循環中)，若檢測到Cancled，線程自己負責退出。

下面是一個最基礎的協作式取消的樣例：

// 設定取消標識 CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); Thread t = new Thread(() =>{while (true){// 檢查取消標識if (cts.Token.IsCancellationRequested){Console.WriteLine("線程被終止！");break;}Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString());Thread.Sleep(1000);}});t.Start(); Console.ReadLine(); // 主線程申請取消 cts.Cancel();

　　調用者使用CancellationTokenSource的Cancle方法通知工作線程退出。工作線程則以一定的的頻率一邊工作，一邊檢查是否有外界傳入進來的Cancel信號。若有這樣的信號，則負責退出。可以看到，在正確停止線程的機制中，真正起到主要作用的是線程本身，它負責檢測相關信號并退出。

　　協作式取消中的關鍵類型是CancellationTokenSource。它有一個關鍵屬性Token，Token是一個名為CancellationToken的值類型。CancellationToken繼而進一步提供了布爾值的屬性IsCancellationRequested作為需要取消工作的標識。CancellationToken還有一個方法尤其值得注意，那就是Register方法。它負責傳遞一個Action委托，在線程停止的時候被回調，使用方法如：

cts.Token.Register(() => {Console.WriteLine("工作線程被終止了。"); });

　　而且Task對象對CancellationTokenSource對象是天生支持的，在構造Task對象的時候就可以傳進去CancellationTokenSource的實例。看一個網上的小例子：

static void Main(string[] args) {CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();Task<int> t = new Task<int>(() => Add(cts.Token), cts.Token);t.Start();t.ContinueWith(TaskEnded);//等待按下任意一個鍵取消任務Console.ReadKey();cts.Cancel();Console.ReadKey(); }static void TaskEnded(Task<int> task) {Console.WriteLine("任務完成，完成時候的狀態為：");Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted);Console.WriteLine("任務的返回值為：{0}", task.Result); }static int Add(CancellationToken ct) {Console.WriteLine("任務開始……");int result = 0;while (!ct.IsCancellationRequested){result++;Thread.Sleep(1000);}return result; }

　　不過需要注意，像上面這么寫，使用ct.IsCancellationRequested判斷一下，如果取消信號被設定了，則退出任務，這種情況CLR會認為是成功結束的，這切實反應了程序員的期望，IsCanceled會返回false。如果想出現IsCanceled為true的情況，那么程序就要改寫成：

static void Main(string[] args) {CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();Task<int> t = new Task<int>(() => AddCancleByThrow(cts.Token), cts.Token);t.Start();t.ContinueWith(TaskEndedByCatch);//等待按下任意一個鍵取消任務Console.ReadKey();cts.Cancel();Console.ReadKey(); }static void TaskEndedByCatch(Task<int> task) {Console.WriteLine("任務完成，完成時候的狀態為：");Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted);try{Console.WriteLine("任務的返回值為：{0}", task.Result);}catch (AggregateException e){e.Handle((err) => err is OperationCanceledException);} }static int AddCancleByThrow(CancellationToken ct) {Console.WriteLine("任務開始……");int result = 0;while (true){ct.ThrowIfCancellationRequested();result++;Thread.Sleep(1000);}return result; }

　　在任務結束求值的方法TaskEndedByCatch中，如果任務是通過ThrowIfCancellationRequested方法結束的，對任務求結果值將會拋出異常OperationCanceledException，而不是得到拋出異常前的結果值。這意味著任務是通過異常的方式被取消掉的，所以可以注意到上面代碼的輸出中，狀態IsCancled為true。同時你會發現IsFaulted狀態卻還是等于false。這是因為ThrowIfCancellationRequested是協作式取消方式類型CancellationTokenSource的一個方法，CLR進行了特殊的處理。CLR知道這一行程序開發者有意為之的代碼，所以不把它看作是一個異常（它被理解為取消）。要得到IsFaulted等于true的狀態，自己手動在一個地方拋出一個異常試試就可以了。

　　此外，CancellationTokenSource就是可以被多個Task共享的，這樣可以取消一組任務。取消一組任務最簡單的就是使用任務工廠。任務工廠支持多個任務之間共享相同的狀態，如取消類型。通過使用任務工廠，可以同時取消一組任務：

static void Main(string[] args) {CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();//等待按下任意一個鍵取消任務TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();Task[] tasks = new Task[]{taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token)),taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token)),taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token))};//CancellationToken.None指示TasksEnded不能被取消taskFactory.ContinueWhenAll(tasks, TasksEnded, CancellationToken.None);Console.ReadKey();cts.Cancel();Console.ReadKey(); }static void TasksEnded(Task[] tasks) {Console.WriteLine("所有任務已完成！"); }

　　好了，看完線程的正常取消，再來看一下線程的異常問題，這個在上面也簡單說了一下，這是一種程序員不期望的線程結束的方式。

線程的異常處理

　　先看下面的例子：

Task.Factory.StartNew(() => {throw new Exception(); });

?　　運行這段程序，你會發現根本沒有異常拋出，線程中的異常會被線程忽略掉，這個是我們不需要的，我們需要知道異常發生了，并進行相應的處理。

　　跟蹤這種問題，通常記日志是一種常用方法。此外通過技術手段去捕獲這些異常時另一種方式，這是這里討論的重點。

　　Task線程中未捕獲的異常會在垃圾回收時終結器執行線程中被拋出。我們可以通過GC.Collect來強制垃圾回收從而引發終結器處理線程，此時Task的未捕獲異常會被拋出。例如：

//在Task中拋出異常 Task.Factory.StartNew(() => {throw new Exception(); }); //確保任務完成 Thread.Sleep(100); //強制垃圾回收 GC.Collect(); //等待終結器處理 GC.WaitForPendingFinalizers();

　　好了，異常拋出，程序崩潰了。不過這個行為在.NET 4.5中又有所改變，直接運行這個程序并不會拋出異常，而在App.config中添加如下配置以后，異常才會拋出：

<configuration><runtime><ThrowUnobservedTaskExceptions enabled="true"/></runtime> </configuration>

　　拋出異常，程序崩潰并不是程序員想要的行為，我們期望的是可以捕獲異常并處理之。要達到這個目的，針對Task對象，我們可以采用的手段有這么幾個：調用Task.Wait/WaitAll，或者引用Task<T>.Result屬性(這個在上面的例子中已經使用了)，或者最簡單的引用Task.Exception屬性來捕獲Task的異常。

　　例如通過Task.Wait手動捕獲AggregateException：

try {Task.WaitAll(Task.Factory.StartNew(() =>{throw new Exception();})); } catch (AggregateException) {// 處理異常//...... }

　　這樣我們就捕獲到了異常并可以處理它了。

　　當然最簡單的就是直接引用一下Task.Exception屬性：

Task.Factory.StartNew(() => {throw new Exception(); }).ContinueWith(t => { var exp = t.Exception;// 處理異常//...... });

　　同樣的，我們捕獲了異常，并且處理掉異常就可以了，像上面例子中的處理方式就是忽略線程異常，沒做任何處理。

　　另外，可以通過TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted來使得只有在發生異常時才去執行ContinueWith中指定的行為，代碼如下：

Task.Factory.StartNew(() => {throw new Exception(); }).ContinueWith(t => { var exp = t.Exception; }, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);

　　最后需要說明的是TaskScheduler.UnobservedTaskException事件，該事件是所有未捕獲被拋出前的最后可以將其捕獲的方法。通過UnobservedTaskExceptionEventArgs.SetObserved方法來將異常標記為已捕獲。

TaskScheduler.UnobservedTaskException += (s, e) => {//設置所有未捕獲異常被捕獲e.SetObserved(); };Task.Factory.StartNew(() => {throw new Exception(); });

?　　好了，Task的有關問題就總結到這里了，下面將總結一下并行計算方面的知識，它們與Task對象之間其實存在著千絲萬縷的聯系。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C#的变迁史04 - C# 4.0 之多线程篇的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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