async 和 await 出现在C# 5.0之后，给并行编程带来了不少的方便，特别是当在MVC中的Action也变成async之后，有点开始什么都是async的味道了。但是这也给我们编程埋下了一些隐患，有时候可能会产生一些我们自己都不知道怎么产生的Bug，特别是如果连线程基础没有理解的情况下，更不知道如何去处理了。那今天我们就来好好看看这两兄弟和他们的叔叔（Task）爷爷(Thread)们到底有什么区别和特点，本文将会对Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await，这三种方式下的并行编程作一个概括性的介绍包括：开启线程，线程结果返回，线程中止，线程中的异常处理等。

内容索引

创建线程 线程池 参数 返回值 共享数据 线程安全 锁 Semaphore 异常处理 一个小例子认识async & await await的原形

创建

01.static void Main(){
02.    new Thread(Go).Start();  // .NET 1.0开始就有的
03.    Task.Factory.StartNew(Go); // .NET 4.0 引入了 TPL
04.    Task.Run(new Action(Go)); // .NET 4.5 新增了一个Run的方法
05.}
06. 
07.public static void Go(){
08.    Console.WriteLine('我是另一个线程');
09.}

　　这里面需要注意的是，创建Thread的实例之后，需要手动调用它的Start方法将其启动。但是对于Task来说，StartNew和Run的同时，既会创建新的线程，并且会立即启动它。

线程池

　　线程的创建是比较占用资源的一件事情，.NET 为我们提供了线程池来帮助我们创建和管理线程。Task是默认会直接使用线程池，但是Thread不会。如果我们不使用Task，又想用线程池的话，可以使用ThreadPool类。

01.static void Main() {
02.    Console.WriteLine('我是主线程：Thread Id {0}', Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
03.    ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go);
04. 
05.    Console.ReadLine();
06.}
07. 
08.public static void Go(object data) {
09.    Console.WriteLine('我是另一个线程:Thread Id {0}',Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
10.}

传入参数

01.static void Main() {
02.    new Thread(Go).Start('arg1'); // 没有匿名委托之前，我们只能这样传入一个object的参数
03. 
04.    new Thread(delegate(){  // 有了匿名委托之后...
05.        GoGoGo('arg1', 'arg2', 'arg3');
06.    });
07. 
08.    new Thread(() => {  // 当然,还有 Lambada
09.        GoGoGo('arg1','arg2','arg3');
10.    }).Start();
11. 
12.    Task.Run(() =>{  // Task能这么灵活，也是因为有了Lambda呀。
13.        GoGoGo('arg1', 'arg2', 'arg3');
14.    });
15.}
16. 
17.public static void Go(object name){
18.    // TODO
19.}
20. 
21.public static void GoGoGo(string arg1, string arg2, string arg3){
22.    // TODO
23.}

返回值

　　Thead是不能返回值的，但是作为更高级的Task当然要弥补一下这个功能。

1.static void Main() {
2.    // GetDayOfThisWeek 运行在另外一个线程中
3.    var dayName = Task.Run<string>(() => { return GetDayOfThisWeek(); });
4.    Console.WriteLine('今天是：{0}',dayName.Result);
5.}

共享数据

　　上面说了参数和返回值，我们来看一下线程之间共享数据的问题。

01.private static bool _isDone = false;   
02.static void Main(){
03.    new Thread(Done).Start();
04.    new Thread(Done).Start();
05.}
06. 
07.static void Done(){
08.    if (!_isDone) {
09.        _isDone = true; // 第二个线程来的时候，就不会再执行了(也不是绝对的，取决于计算机的CPU数量以及当时的运行情况)
10.        Console.WriteLine('Done');
11.    }
12.}

　

　　线程之间可以通过static变量来共享数据。

线程安全

　　我们先把上面的代码小小的调整一下，就知道什么是线程安全了。我们把Done方法中的两句话对换了一下位置 。

01.private static bool _isDone = false;   
02.static void Main(){
03.    new Thread(Done).Start();
04.    new Thread(Done).Start();
05.    Console.ReadLine();
06.}
07. 
08.static void Done(){
09.    if (!_isDone) {
10.       Console.WriteLine('Done'); // 猜猜这里面会被执行几次？
11.        _isDone = true;
12.    }
13.}

　　上面这种情况不会一直发生，但是如果你运气好的话，就会中奖了。因为第一个线程还没有来得及把_isDone设置成true，第二个线程就进来了，而这不是我们想要的结果，在多个线程下，结果不是我们的预期结果，这就是线程不安全。

锁

　　要解决上面遇到的问题，我们就要用到锁。锁的类型有独占锁，互斥锁，以及读写锁等，我们这里就简单演示一下独占锁。

01.private static bool _isDone = false;
02.private static object _lock = new object();
03.static void Main(){
04.    new Thread(Done).Start();
05.    new Thread(Done).Start();
06.    Console.ReadLine();
07.}
08. 
09.static void Done(){
10.    lock (_lock){
11.        if (!_isDone){
12.            Console.WriteLine('Done'); // 猜猜这里面会被执行几次？
13.            _isDone = true;
14.        }
15.    }
16.}

　　再我们加上锁之后，被锁住的代码在同一个时间内只允许一个线程访问，其它的线程会被阻塞，只有等到这个锁被释放之后其它的线程才能执行被锁住的代码。

Semaphore 信号量

　　我实在不知道这个单词应该怎么翻译，从官方的解释来看，我们可以这样理解。它可以控制对某一段代码或者对某个资源访问的线程的数量，超过这个数量之后，其它的线程就得等待，只有等现在有线程释放了之后，下面的线程才能访问。这个跟锁有相似的功能，只不过不是独占的，它允许一定数量的线程同时访问。

01.static SemaphoreSlim _sem = new SemaphoreSlim(3);    // 我们限制能同时访问的线程数量是3
02.static void Main(){
03.    for (int i = 1; i <= 5; i++) new Thread(Enter).Start(i);
04.    Console.ReadLine();
05.}
06. 
07.static void Enter(object id){
08.    Console.WriteLine(id + ' 开始排队...');
09.    _sem.Wait();
10.    Console.WriteLine(id + ' 开始执行！');         
11.    Thread.Sleep(1000 * (int)id);              
12.    Console.WriteLine(id + ' 执行完毕，离开！');     
13.    _sem.Release();
14.}

　　

在最开始的时候，前3个排队之后就立即进入执行，但是4和5，只有等到有线程退出之后才可以执行。

异常处理

　　其它线程的异常，主线程可以捕获到么？

01.public static void Main(){
02.    try{
03.        new Thread(Go).Start();
04.    }
05.    catch (Exception ex){
06.        // 其它线程里面的异常，我们这里面是捕获不到的。
07.        Console.WriteLine('Exception!');
08.    }
09.}
10.static void Go() { throw null; }

　　那么升级了的Task呢？

01.public static void Main(){
02.    try{
03.        var task = Task.Run(() => { Go(); });
04.        task.Wait();  // 在调用了这句话之后，主线程才能捕获task里面的异常
05. 
06.        // 对于有返回值的Task, 我们接收了它的返回值就不需要再调用Wait方法了
07.        // GetName 里面的异常我们也可以捕获到
08.        var task2 = Task.Run(() => { return GetName(); });
09.        var name = task2.Result;
10.    }
11.    catch (Exception ex){
12.        Console.WriteLine('Exception!');
13.    }
14.}
15.static void Go() { throw null; }
16.static string GetName() { throw null; }

一个小例子认识async & await

01.static void Main(string[] args){
02.    Test(); // 这个方法其实是多余的, 本来可以直接写下面的方法
03.    // await GetName() 
04.    // 但是由于控制台的入口方法不支持async,所有我们在入口方法里面不能 用 await
05.             
06.    Console.WriteLine('Current Thread Id :{0}', Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
07.}
08. 
09.static async Task Test(){
10.    // 方法打上async关键字，就可以用await调用同样打上async的方法
11.    // await 后面的方法将在另外一个线程中执行
12.    await GetName();
13.}
14. 
15.static async Task GetName(){
16.    // Delay 方法来自于.net 4.5
17.    await Task.Delay(1000);  // 返回值前面加 async 之后，方法里面就可以用await了
18.    Console.WriteLine('Current Thread Id :{0}', Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
19.    Console.WriteLine('In antoher thread.....');
20.}

await 的原形

await后的的执行顺序

进入主线程开始执行 调用async方法，返回一个Task，注意这个时候另外一个线程已经开始运行，也就是GetName方法已经开始工作了 另一个线程在获取名称 第3步和第4步是同时进行的，主线程并没有挂起等待 如果另一个线程已经执行完毕，name.IsCompleted=true，主线程仍然不用挂起，直接拿结果就可以了。如果另一个线程还同有执行完毕, name.IsCompleted=false，那么主线程会挂起等待，直到返回结果为止。

只有async方法在调用前才能加await么？

01.static void Main(){
02.    Test();
03.    Console.ReadLine();
04.}
05. 
06.static async void Test(){
07.    Task<string> task = Task.Run(() =>{
08.        Thread.Sleep(5000);
09.        return 'Hello World';
10.    });
11.    string str = await task;  //5 秒之后才会执行这里
12.    Console.WriteLine(str);
13.}

　　答案很明显：await并不是针对于async的方法，而是针对async方法所返回给我们的Task，这也是为什么所有的async方法都必须返回给我们Task。所以我们同样可以在Task前面也加上await关键字，这样做实际上是告诉编译器我需要等这个Task的返回值或者等这个Task执行完毕之后才能继续往下走。

不用await关键字，如何确认Task执行完毕了？

01.static void Main(){
02.    var task = Task.Run(() =>{
03.        return GetName();
04.    });
05. 
06.    task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{
07.        // 2 秒之后才会执行这里
08.        var name = task.Result;
09.        Console.WriteLine('My name is: ' + name);
10.    });
11. 
12.    Console.WriteLine('主线程执行完毕');
13.    Console.ReadLine();
14.}
15. 
16.static string GetName(){
17.    Console.WriteLine('另外一个线程在获取名称');
18.    Thread.Sleep(2000);
19.    return 'Jesse';
20.}

Task.GetAwaiter()和await Task 的区别？

加上await关键字之后，后面的代码都会被阻塞，直到task执行完毕有返回值的时候才会继续向下执行，这一段时间主线程会处于挂起状态。 GetAwaiter方法会返回一个awaitable的对象（继承了INotifyCompletion.OnCompleted方法）我们只是传递了一个委托进去，等task完成了就会执行这个委托，但是并不会阻塞主线程，下面的代码会立即执行。这也是为什么我们结果里面第一句话会是 “主线程执行完毕”！

Task如何阻塞主线程？

　　上面的右边是属于没有阻塞的情况，和我们的await仍然有一点差别，那么在获取Task的结果前如何阻塞主线程呢？

01.static void Main(){
02.    var task = Task.Run(() =>{
03.        return GetName();
04.    });
05. 
06.    var name = task.GetAwaiter().GetResult();
07.    Console.WriteLine('My name is:{0}',name);
08. 
09.    Console.WriteLine('主线程执行完毕');
10.    Console.ReadLine();
11.}
12. 
13.static string GetName(){
14.    Console.WriteLine('另外一个线程在获取名称');
15.    Thread.Sleep(2000);
16.    return 'Jesse';
17.}

　　

Task.GetAwait()方法会给我们返回一个awaitable的对象，通过调用这个对象的GetResult方法就会阻塞主线程，当然也不是所有的情况都会阻塞。还记得我们Task的特性么？ 在一开始的时候就启动了另一个线程去执行这个Task，当我们调用它的结果的时候如果这个Task已经执行完毕，主线程是不用等待可以直接拿其结果的，如果没有执行完毕那主线程就得挂起等待了。

await 实质是在调用awaitable对象的GetResult方法

01.static async Task Test(){
02.    Task<string> task = Task.Run(() =>{
03.        Console.WriteLine('另一个线程在运行！');  // 这句话只会被执行一次
04.        Thread.Sleep(2000);
05.        return 'Hello World';
06.    });
07. 
08.    // 这里主线程会挂起等待，直到task执行完毕我们拿到返回结果
09.    var result = task.GetAwaiter().GetResult(); 
10.    // 这里不会挂起等待，因为task已经执行完了，我们可以直接拿到结果
11.    var result2 = await task;    
12.    Console.WriteLine(str);
13.}

原网址：http://www.it165.net/pro/html/201402/9661.html

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