.NET進階篇06-async非同步、thread多執行緒3
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梯子
一、任務Task1、啟動任務2、阻塞延續3、任務層次結構4、列舉引數5、任務取消6、任務結果7、異常二、並行Parallel1、Parallel.For()、Parallel.ForEach()2、Parallel.For3、Parallel.Invoke()4、PLinq三、非同步等待AsyncAwait1、簡單使用2、優雅3、最後
一、任務Task
System.Threading.Tasks在.NET4引入，前面執行緒的API太多了，控制不方便，而ThreadPool控制能力又太弱，比如做執行緒的延續、阻塞、取消、超時等功能不太方便，所以Task就抽象了執行緒功能，在後臺使用ThreadPool
1、啟動任務
可以使用TaskFactory類或Task類的建構函式和Start()方法，委託可以提供帶有一個Object型別的輸入引數，所以可以給任務傳遞任意資料
TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
taskFactory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
Task.Factory.StartNew(() =>
{
Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
});
Task task = new Task(() =>
{
Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
task.Start();
只有Task類例項方式需要Start()去啟動任務，當然可以RunSynchronously()來同步執行任務，主執行緒會等待，就是用主執行緒來執行這個task任務
Task task = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(10000);
Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
});
task.RunSynchronously();
2、阻塞延續
在Thread中我們使用join來阻塞等待，在多個Thread時進行控制就不太方便。Task中我們使用例項方法Wait阻塞單個任務或靜態方法WaitAll和WaitAny阻塞多個任務
var task = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(5*1000);
Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
});
var task2 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(10 * 1000);
Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
});
task.Start();
task2.Start();
//task.Wait();//單任務等待
//Task.WaitAny(task, task2);//任何一個任務完成就繼續
Task.WaitAll(task, task2);//任務都完成才繼續
如果不希望阻塞主執行緒，實現當一個任務或幾個任務完成後執行別的任務，可以使用Task靜態方法WhenAll和WhenAny,他們將返回一個Task，但這個Task不允許你控制，將會在滿足WhenAll和WhenAny裡任務完成時自動完成，然後呼叫Task的ContinueWith方法，就可以在一個任務完成後緊跟開始另一個任務
Task.WhenAll(task, task2).ContinueWith((t) =>
{
Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
});
Task.Factory工廠中也存在類似ContinueWhenAll和ContinueWhenAny
3、任務層次結構
不僅可以在一個任務結束後執行另一個任務，也可以在一個任務內啟動一個任務，這就啟動了一個父子層次結構
var parentTask = new Task(()=>
{
Console.WriteLine($"parentId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
Thread.Sleep(5*1000);
var childTask = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(10 * 1000);
Console.WriteLine($"childId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}")
});
childTask.Start();
});
parentTask.Start();
如果父任務在子任務之前結束，父任務的狀態為WaitingForChildrenToComplete，當子任務也完成時，父任務的狀態就變為RanToCompletion，當然，在建立任務時指定TaskCreationOptions列舉引數，可以控制任務的建立和執行的可選行為
4、列舉引數
簡單介紹下建立任務中的TaskCreationOptions列舉引數，建立任務時我們可以提供TaskCreationOptions列舉引數，用於控制任務的建立和執行的可選行為的標誌
- AttachedToParent：指定將任務附加到任務層次結構中的某個父級，意思就是建立父子關係，父任務必須等待子任務完成才可以繼續執行。和WaitAll效果一樣。上面例子如果在建立子任務時指定TaskCreationOptions.AttachedToParent，那麼父任務wait時也會等子任務的結束
- DenyChildAttach：不讓子任務附加到父任務上
- LongRunning：指定是長時間執行任務，如果事先知道這個任務會耗時比較長，建議設定此項。這樣，Task排程器會建立Thread執行緒，而不使用ThreadPool執行緒。因為你長時間佔用ThreadPool執行緒不還，那它可能必要時會線上程池中開啟新的執行緒，造成排程壓力
- PreferFairness：儘可能公平的安排任務，這意味著較早安排的任務將更可能較早執行，而較晚安排執行的任務將更可能較晚執行。實際通過把任務放到執行緒池的全域性佇列中，讓工作執行緒去爭搶，預設是在本地佇列中。
另一個列舉引數是ContinueWith方法中的TaskContinuationOptions列舉引數，它除了擁有幾個和上面同樣功能的列舉值外，還擁有控制任務的取消延續等功能
- LazyCancellation：在延續取消的情況下，防止延續的完成直到完成先前的任務。什麼意思呢？
CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
source.Cancel();
var task1 = new Task(() =>
{
Console.WriteLine($"task1 id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
});
var task2 = task1.ContinueWith(t =>
{
Console.WriteLine($"task2 id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
},source.Token);
var task3 = task2.ContinueWith(t =>
{
Console.WriteLine($"task3 id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
});
task1.Start();
上面例子我們企圖task1->task2->task3順序執行，然後通過CancellationToken來取消task2的執行。結果會是怎樣呢？結果task1和task3會並行執行（task3也是會執行的，而且是和task1並行，等於原來的一條鏈變成了兩條鏈），然後我們嘗試使用LazyCancellation，
var task2 = task1.ContinueWith(t =>
{
Console.WriteLine($"task2 id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
},source.Token,TaskContinuationOptions.LazyCancellation,TaskScheduler.Current);
這樣，將會在task1執行完成後，task2才去判斷source.Token，為Cancel就不執行，接下來執行task3就保證了原來的順序
- ExecuteSynchronously：指定應同步執行延續任務，比如上例中，在延續任務task2中指定此引數，則task2會使用執行task1的執行緒來執行，這樣防止執行緒切換，可以做些共有資源的訪問。不指定的話就隨機，但也能也用到task1的執行緒
- NotOnRanToCompletion：延續任務必須在前面任務非完成狀態下執行
- OnlyOnRanToCompletion：延續任務必須在前面任務完成狀態才能執行
- NotOnFaulted，OnlyOnCanceled，OnlyOnFaulted等等
5、任務取消
在上篇使用Thread時，我們使用一個變數isStop標記是否取消任務，這種訪問共享變數的方式難免會出問題。task中提出CancellationTokenSource類專門處理任務取消，常見用法看下面程式碼註釋
CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();//建構函式中也可指定延遲取消
//註冊一個取消時呼叫的委託
source.Token.Register(() =>
{
Console.WriteLine("當前source已經取消，可以在這裡做一些其他事情（比如資源清理）...");
});
var task1 = new Task(() =>
{
while (!source.IsCancellationRequested)
{
Console.WriteLine($"task1 id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}");
}
},source.Token);
task1.Start();
//source.Cancel();//取消
source.CancelAfter(1000);//延時取消
6、任務結果
讓子執行緒返回結果，可以將資訊寫入到執行緒安全的共享變數中去，或則使用可以返回結果的任務。使用Task的泛型版本Task<TResult>，就可以定義返回結果的任務。Task是繼承自Task的，Result獲取結果時是要阻塞等待直到任務完成返回結果的，內部判斷沒有完成則wait。通過TaskStatus屬性可獲得此任務的狀態是啟動、執行、異常還是取消等
var task = new Task<string>(() =>
{
return "hello ketty";
});
task.Start();
string result = task.Result;
7、異常
可以使用AggregateException來接受任務中的異常資訊，這是一個聚合異常繼承自Exception，可以遍歷獲取包含的所有異常，以及進行異常處理，決定是否繼續往上拋異常等
var task = Task.Factory.StartNew(() =>
{
var childTask1 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
throw new Exception("childTask1異常...");
},TaskCreationOptions.AttachedToParent);
var childTask12= Task.Factory.StartNew(() =>
{
throw new Exception("childTask2異常...");
}, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
});
try
{
try
{
task.Wait();
}
catch (AggregateException ex)
{
foreach (var item in ex.InnerExceptions)
{
Console.WriteLine($"message{item.InnerException.Message}");
}
ex.Handle(x =>
{
if (x.InnerException.Message == "childTask1異常...")
{
return true;//異常被處理，不繼續往上拋了
}
return false;
});
}
}
catch (Exception ex)
{
throw;
}
二、並行Parallel
1、Parallel.For()、Parallel.ForEach()
在.NET4中，另一個新增的抽象的執行緒時Parallel類。這個類定義了並行的for和foreach的靜態方法。Parallel.For()和Parallel.ForEach()方法多次呼叫一個方法，而Parallel.Invoke()方法允許同時呼叫不同的方法。首先Parallel是會阻塞主執行緒的，它將讓主執行緒也參與到任務中
Parallel.For()類似於for允許語句，並行迭代同一個方法，迭代順序沒有保證的
ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, 10, i =>
{
Console.WriteLine($"{i} task:{Task.CurrentId} thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
});
Console.WriteLine(result.IsCompleted);
也可以提前中斷Parallel.For()方法。For()方法的一個過載版本接受Action<int,parallelloopstate style="font-size: inherit; color: inherit; line-height: inherit; margin: 0px; padding: 0px;">型別引數。一般不使用，像下面這樣，本想大於5就停止，但實際也可能有大於5的任務已經在跑了。可以通過ParallelOptions傳入允許最大執行緒數以及取消Token等
ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, 10, new ParallelOptions() { MaxDegreeOfParallelism = 8 },(i,loop) =>
{
Console.WriteLine($"{i} task:{Task.CurrentId} thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
if (i > 5)
{
loop.Break();
}
});
2、Parallel.For<TLocal>
For還有一個高階泛型版本，相當於並行的聚合計算
ParallelLoopResult For<TLocal>(int fromInclusive, int toExclusive, Func<TLocal> localInit, Func<int, ParallelLoopState, TLocal, TLocal> body, Action<TLocal> localFinally);
像下面這樣我們求0…100的和，第三個引數更定一個種子初始值，第四個引數迭代累計，最後聚合
int totalNum = 0;
Parallel.For<int>(0, 100, () => { return 0; }, (current, loop, total) =>
{
total += current;
return total;
}, (total) =>
{
Interlocked.Add(ref totalNum, total);
});
上面For用來處理陣列資料，ForEach()方法用來處理非陣列的資料任務，比如字典資料繼承自IEnumerable的集合等
3、Parallel.Invoke()
Parallel.Invoke()則可以並行呼叫不同的方法，引數傳遞一個Action的委託陣列
Parallel.Invoke(() => { Console.WriteLine($"方法1 thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }
, () => { Console.WriteLine($"方法2 thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }
, () => { Console.WriteLine($"方法3 thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); });
4、PLinq
Plinq，為了能夠達到最大的靈活度，linq有了並行版本。使用也很簡單，只需要將原始集合AsParallel就轉換為支援並行化的查詢。也可以AsOrdered來順序執行，取消Token，強制並行等
var nums = Enumerable.Range(0, 100);
var query = from n in nums.AsParallel()
select new
{
thread=$"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId},datetime={DateTime.Now}"
};
三、非同步等待AsyncAwait
非同步程式設計模型，可能還需要大篇幅來學習，這裡先介紹下基本用法，內在本質需要用ILSpy反編譯來看，以後可能要分專題總結。文末先給幾個參考資料，有興趣自己闊以先琢磨琢磨鴨
1、簡單使用
這是.NET4.5開始提供的一對語法糖，使得可以較簡便的使用非同步程式設計。async用在方法定義前面，await只能寫在帶有async標記的方法中，任何方法都可以增加async，一般成對出現，只有async沒有意義，只有await會報錯，請先看下面的示例
private static async void AsyncTest()
{
//主執行緒執行
Console.WriteLine($"before await ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
Task task = taskFactory.StartNew(() =>
{
Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine($"task ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
});
await task;//主執行緒到這裡就返回了，執行主執行緒任務
//子執行緒執行，其實是封裝成委託，在task之後成為回撥（編譯器功能 狀態機實現） 後面相當於task.ContinueWith()
//這個回撥的執行緒是不確定的：可能是主執行緒 可能是子執行緒 也可能是其他執行緒，在winform中是主執行緒
Console.WriteLine($"after await ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}
一般使用async都會讓方法返回一個Task的，像下面這樣複雜一點的
private static async Task<string> AsyncTest2()
{
Console.WriteLine($"before await ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
string x = await taskFactory.StartNew(() =>
{
Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine($"task ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
return "task over";
});
Console.WriteLine($"after await ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
return x;
}
通過var reslult = AsyncTest2().Result;呼叫即可。但注意如果呼叫Wait或Result的程式碼位於UI執行緒，Task的實際執行在其他執行緒，其需要返回UI執行緒則會造成死鎖，所以應該Async all the way
2、優雅
從上面簡單示例中可以看出非同步程式設計的執行邏輯：主執行緒A邏輯->非同步任務執行緒B邏輯->主執行緒C邏輯。
非同步方法的返回型別只能是void、Task、Task。示例中非同步方法的返回值型別是Task，通常void也不推薦使用，沒有返回值直接用Task就是
上一篇也大概瞭解到如果我們要在任務中更新UI，需要呼叫Invoke通知UI執行緒來更新，程式碼看起來像下面這樣，在一個任務後去更新UI
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var ResultTask = Task.Run(() => {
Thread.Sleep(5000);
return "任務完成";
});
ResultTask.ContinueWith((r)=>
{
textBox1.Invoke(() => {
textBox1.Text = r.Result;
});
});
}
如果使用async/await會看起來像這樣，是不是優雅了許多。以看似同步程式設計的方式實現非同步
private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var t = Task.Run(() => {
Thread.Sleep(5000);
return "任務完成";
});
textBox1.Text = await t;
}
https://www.cnblogs.com/OpenCoder/p/4434574.html
https://www.cnblogs.com/zhaoshujie/p/11192036.html
https://devblogs.microsoft.com/pfxteam/asyncawait-faq/
https://www.cnblogs.com/zh7791/p/9951478.html
3、最後
在.NET 4.5中引入的Async和Await兩個新的關鍵字後，使用者能以一種簡潔直觀的方式實現非同步程式設計。甚至都不需要改變程式碼的邏輯結構，就能將原來的同步函式改造為非同步函式。
在內部實現上，Async和Await這兩個關鍵字由編譯器轉換為狀態機，通過System.Threading.Tasks中的並行類實現程式碼的非同步執行。
字數有點多了，我的能力也就高考作文800字能寫的出奇好。看了很多非同步程式設計，腦袋有點炸，等消化後再輸出一次，技藝不足，只能用輸出倒逼輸入了，下一篇會是執行緒安全集合、鎖問題、同步問題，基於事件的非同步模式等
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