前言

我們?cè)诖饲耙呀?jīng)介紹了APM模型和EAP模型，以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。在EAP模型中，可以實(shí)時(shí)得知異步操作的進(jìn)度，以及支持取消操作。但是組合多個(gè)異步操作仍需大量工作，編寫大量代碼方可完成。

因此，在.Net Framework 4.0中，引入了一個(gè)新的關(guān)于異步操作的模型，叫做任務(wù)并行庫，簡稱為TPL。

第三個(gè)異步編程模型：TPL

概述

TPL，全稱為Task Parallel Library，它可以被認(rèn)為是線程池之上的又一個(gè)抽象層，隱藏了部分底層細(xì)節(jié)，核心概念為任務(wù)。

一個(gè)任務(wù)代表了一個(gè)異步操作，該操作可以通過多種方式運(yùn)行，可以使用或者不使用獨(dú)立線程(如Thread)運(yùn)行，還可以通過多種方式和其他任務(wù)組合起來。

在本文中，我們將探究TPL的使用方式，以及如何正確處理異常，取消任務(wù)，如何使多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行等。

創(chuàng)建TPL

我們首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)程序，用來執(zhí)行Task的創(chuàng)建和運(yùn)行，并在Task內(nèi)部使用委托調(diào)用一個(gè)方法，用來打印當(dāng)前任務(wù)以及當(dāng)前任務(wù)所在的線程信息，如圖所示：

我們分別使用了三種方式來創(chuàng)建任務(wù)并執(zhí)行：

在第一種方式中，使用new Task類的方式，把需要執(zhí)行的內(nèi)容放入Action委托并傳入?yún)?shù)，最后使用Start方法開啟任務(wù)執(zhí)行，若不調(diào)用Start方法，則不會(huì)啟動(dòng)任務(wù)，切記。

在第二種方式和第三種方式中，被創(chuàng)建的任務(wù)會(huì)立即開始工作，所以無需顯式調(diào)用Start方法。Task.Run與Task.Factory.StartNew的區(qū)別為，前者是后者的一個(gè)快捷方式，但后者擁有附加選項(xiàng)，如沒有特殊需求，通常使用前者來創(chuàng)建任務(wù)。

相關(guān)代碼如下：

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading; using System.Threading.Tasks;namespace TPLDemo {class Program{static void Main(string[] args){var t1 = new Task(() => TaskMethod("任務(wù)1"));var t2 = new Task(() => TaskMethod("任務(wù)2"));t1.Start();t2.Start();Task.Run(() => TaskMethod("任務(wù)3"));Task.Factory.StartNew(() => TaskMethod("任務(wù)4"));Task.Factory.StartNew(() => TaskMethod("任務(wù)5"), TaskCreationOptions.LongRunning);Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1000));}/// <summary>/// 任務(wù)運(yùn)行的方法/// </summary>/// <param name="name">The name.</param>static void TaskMethod(string name){Console.WriteLine($@"Task {name} 是一個(gè)正在線程id為 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 上運(yùn)行的任務(wù)，是否為線程池線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}");}} }

接著我們來看一下運(yùn)行結(jié)果，如圖所示：

可以看出任務(wù)1,2,3,4均為線程池中的線程，也印證了我們此前的概念，TPL為線程池上的一個(gè)抽象層。而任務(wù)5在實(shí)現(xiàn)時(shí)被我們標(biāo)記為需要長時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，因此在調(diào)度時(shí)，并未使用線程池中的線程，而是單獨(dú)開啟一個(gè)線程執(zhí)行，這樣可以避免線程池中的線程被長時(shí)間占用，無法復(fù)用資源。

實(shí)現(xiàn)取消

在EAP模型中，我們借助BackgroundWorker組件封裝好的取消方法，可以對(duì)正在執(zhí)行的線程進(jìn)行取消。那么這樣的方式畢竟是有很大的局限性的，因此，在Net Framework 4.0中，微軟創(chuàng)建了統(tǒng)一的模型來協(xié)作取消涉及兩個(gè)對(duì)象的異步操作或長時(shí)間運(yùn)行的同步操作，它就是CancellationTokenSource和CancellationToken。

我們需要?jiǎng)?chuàng)建CancellationTokenSource實(shí)例以傳入Task，來標(biāo)識(shí)此任務(wù)包含外部取消操作，然后使用CancellationToken來傳播任務(wù)內(nèi)的應(yīng)取消操作的通知，如圖所示：

相關(guān)代碼如下：

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading; using System.Threading.Tasks;namespace TPLDemo {class Program{static void Main(string[] args){var cts = new CancellationTokenSource();var longTask = new Task<int>(() => TaskMethod("任務(wù)1", 10, cts.Token), cts.Token);Console.WriteLine(longTask.Status);cts.Cancel();Console.WriteLine(longTask.Status);Console.WriteLine("任務(wù)1在執(zhí)行前已經(jīng)被取消");cts = new CancellationTokenSource();longTask = new Task<int>(() => TaskMethod("任務(wù)2", 10, cts.Token), cts.Token);longTask.Start();for (int i = 0; i < 5; i++){Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));Console.WriteLine(longTask.Status);}cts.Cancel();for (int i = 0; i < 5; i++){Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));Console.WriteLine(longTask.Status);}Console.WriteLine($"任務(wù)2執(zhí)行完成，結(jié)果:{longTask.Result}");Console.Read();}/// <summary>/// 任務(wù)取消的方法/// </summary>/// <param name="name"></param>/// <param name="seconds"></param>/// <param name="token"></param>/// <returns></returns>private static int TaskMethod(string name, int seconds, CancellationToken token){Console.WriteLine($@"Task {name} 是一個(gè)正在線程id為 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 上運(yùn)行的任務(wù)，是否為線程池線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}");for (int i = 0; i < seconds; i++){Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));if (token.IsCancellationRequested){return -1;}}return 42 * seconds;}} }

運(yùn)行后結(jié)果如圖所示：

從代碼中，我們可以看出，我們給Task傳遞了兩次CancellationTokenSource，一次是任務(wù)內(nèi)執(zhí)行方法，一次是任務(wù)本身構(gòu)造函數(shù)，那么為什么要這樣做呢？

因?yàn)槿绻覀冊(cè)谌蝿?wù)啟動(dòng)之前進(jìn)行取消，那么該任務(wù)所在的TPL模型，就會(huì)“接管”該取消操作，因?yàn)檫@些代碼根本不會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。我們查看第一個(gè)任務(wù)的狀態(tài)可以得知，它已經(jīng)被取消了，如果在此時(shí)再調(diào)用Start方法，那么將會(huì)拋出一個(gè)異常。

而在第二個(gè)任務(wù)中，我們先執(zhí)行任務(wù)，再做取消，那么此時(shí)我們相當(dāng)于是在外部對(duì)此任務(wù)進(jìn)行取消控制，而且在執(zhí)行取消之后，任務(wù)2的狀態(tài)依然是RanToCompletion，而不是Canceled。因?yàn)閺腡PL的角度來看，該任務(wù)正常完成了它的工作，所以我們?cè)诰帉懘a時(shí)需要辨別這兩種情況，同時(shí)理解它在兩種情況下職責(zé)的不同。

處理異常

在普通情況下，我們通常使用try-catch代碼塊來處理異常，但在TPL中，最底層的異常會(huì)被封裝為一個(gè)AggregateException的通用異常，如果需要獲取真正的異常，則需要訪問InnerException屬性，相關(guān)實(shí)現(xiàn)如圖所示：

相關(guān)代碼如下：

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading; using System.Threading.Tasks;namespace TPLDemo {class Program{static void Main(string[] args){Task<int> task;try{task = Task.Run(() => TaskMethod("任務(wù)1", 2));int result = task.Result;Console.WriteLine($"結(jié)果為：{result}");}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"發(fā)生異常：{ex}");}Console.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------------------");Console.Read();}static int TaskMethod(string name, int seconds){Console.WriteLine($@"Task {name} 是一個(gè)正在線程id為 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 上運(yùn)行的任務(wù)，是否為線程池線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}");Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));throw new Exception("異常！");}} }

運(yùn)行后結(jié)果如圖所示：

從代碼實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行結(jié)果中，我們可以看出調(diào)用Task的Result屬性，會(huì)使得當(dāng)前線程等待直到該任務(wù)完成，并將異常傳播到當(dāng)前線程，因此我們可以通過catch捕獲到該異常，且該異常的類型為AggregateException，同時(shí)我們打印出的結(jié)果包含底層真正異常內(nèi)容。

但在TPL中，還有另外一種方式來處理異常，那就是使用Task的GetAwaiter和GetResult方法來獲取結(jié)果，相關(guān)代碼如下：

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading; using System.Threading.Tasks;namespace TPLDemo {class Program{static void Main(string[] args){Task<int> task;try{task = Task.Run(() => TaskMethod("任務(wù)1", 2));int result = task.Result;Console.WriteLine($"結(jié)果為：{result}");}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"發(fā)生異常：{ex}");}Console.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------------------");Console.WriteLine();try{task = Task.Run(() => TaskMethod("任務(wù)2", 2));int result = task.GetAwaiter().GetResult();Console.WriteLine($"結(jié)果為：{result}");}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"發(fā)生異常：{ex}");}Console.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------------------");Console.Read();}static int TaskMethod(string name, int seconds){Console.WriteLine($@"Task {name} 是一個(gè)正在線程id為 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 上運(yùn)行的任務(wù)，是否為線程池線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}");Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));throw new Exception("異常！");}} }

運(yùn)行后結(jié)果如圖所示：

我們從結(jié)果中可以看出，在這種情況下，可以直接捕獲到底層異常，而無需再訪問InnerException屬性，原因是TPL模型會(huì)直接提取該異常進(jìn)行處理。

由上述兩種情況我們可以得出結(jié)論：如果你需要直接獲取并處理底層異常，那么請(qǐng)使用GetAwaiter和GetResult方法來獲取Task的結(jié)果，反之，則可直接使用Result屬性。

任務(wù)并行

我們?cè)谥暗氖纠?#xff0c;都是單獨(dú)創(chuàng)建任務(wù)并執(zhí)行，每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行過程和結(jié)果都是獨(dú)立的。那么，如果我們需要多個(gè)任務(wù)并行，要怎么做呢？可以使用如下方式：

我們分別創(chuàng)建了三個(gè)任務(wù)，但任務(wù)之間并不再是無關(guān)聯(lián)的關(guān)系，而是使用了Task.WhenAll與ContineWith來使得它們以某種方式關(guān)聯(lián)起來。

相關(guān)代碼如下：

using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading; using System.Threading.Tasks;namespace TPLDemo {class Program{static void Main(string[] args){var firstTask = new Task<int>(() => TaskMethod("任務(wù)1", 3));var secondTask = new Task<int>(() => TaskMethod("任務(wù)2", 2));var whenAllTask = Task.WhenAll(firstTask, secondTask);whenAllTask.ContinueWith(x =>{Console.WriteLine($"任務(wù)1結(jié)果為：{x.Result[0]},任務(wù)2結(jié)果為：{x.Result[1]}");}, TaskContinuationOptions.OnlyOnRanToCompletion);firstTask.Start();secondTask.Start();Console.Read();}static int TaskMethod(string name, int seconds){Console.WriteLine($@"Task {name} 是一個(gè)正在線程id為 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 上運(yùn)行的任務(wù)，是否為線程池線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}");Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));return 42 * seconds;}} }

運(yùn)行后結(jié)果如圖所示：

分析代碼及運(yùn)行結(jié)果，我們可以得知，在前兩個(gè)任務(wù)完成后，第三個(gè)任務(wù)才開始運(yùn)行，并且該任務(wù)的結(jié)果提供了一個(gè)結(jié)果數(shù)組，第一個(gè)元素是第一個(gè)任務(wù)的結(jié)果，第二個(gè)元素是第二個(gè)任務(wù)的結(jié)果，以此類推。

在TPL中，我們也可以創(chuàng)建另外一系列任務(wù)，并使用Task.WhenAny的方式等待這些任務(wù)中的任何一個(gè)執(zhí)行完成。當(dāng)有一個(gè)任務(wù)完成時(shí)，會(huì)從列表中移除該任務(wù)并繼續(xù)等待其他任務(wù)完成，直到列表為空為止。獲取任務(wù)的完成進(jìn)展情況，或在運(yùn)行任務(wù)時(shí)使用超時(shí)，都可以使用Task.WhenAny方法。例如我們等待一組任務(wù)運(yùn)行，并且使用其中一個(gè)任務(wù)來記錄是否超時(shí)，如果該任務(wù)先完成，那么我們只需取消其他還未完成的任務(wù)即可。

小結(jié)

我們?cè)谶@一篇中，講解了TPL的發(fā)展歷程和使用方式，對(duì)比APM和EAP模型，TPL顯得比較靈活且功能強(qiáng)大，支持取消、異常和并行等操作。

但TPL模型仍有它的不足之處

• 閱讀此類程序代碼時(shí)，仍難以理解程序的實(shí)際執(zhí)行順序。

• 處理異常時(shí)，不得不使用單獨(dú)的后續(xù)操作任務(wù)來處理在之前的異步操作中發(fā)生的錯(cuò)誤，導(dǎo)致了代碼比較分散，增加了復(fù)雜度。

所以為了解決這些問題，微軟直接從語言層面引入了更高級(jí)別的抽象，真正簡化了異步編程，使得編寫異步程序更為容易。那么它又是什么呢？它能為我們提供多少便利性呢？預(yù)知后事如何，且聽下回分解。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈.Net异步编程的前世今生----TPL篇的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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