C# Task和异步方法

本文主要参考：

https://www.cnblogs.com/qtiger/p/13497807.html

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ThreadPool中有若干数量的线程。当有任务需要处理时，会从线程池中获取一个空闲的线程来执行任务，任务执行完毕后线程不会销毁，而是被线程池回收以供后续任务使用。当线程池中所有的线程都被占用，又有新任务要处理时，线程池会新建一个线程来处理该任务。如果线程数量达到设置的最大值，任务会排队，等待其他任务释放线程后再执行。ThreadPool相对于Thread来说可以减少线程的创建，有效减小系统开销。但是ThreadPool不能控制线程的执行顺序，也不能获取线程池内线程取消/异常/完成的通知，即不能有效监控和控制线程池中的线程。因此NET4.0在ThreadPool的基础上推出了Task。Task拥有线程池的优点，同时也解决了使用线程池不易控制的弊端。

1.无返回值的Task的创建和执行

using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading;

namespace TaskDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 实例化一个Task，通过Start方法启动
            Task task = new Task(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    Console.WriteLine($"NEW实例化一个task，线程ID为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                }
                );

            task.Start();

            // Task.Factory.StartNew(Action action)创建和启动一个Task
            Task task2 = Task.Factory.StartNew(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(500);
                    Console.WriteLine($"Task.Factory.StartNew方式创建一个task，线程ID为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                });

            // Task.Run(Action action)将任务放在线程池队列，返回并启动一个Task
            Task task3 = Task.Run(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(200);
                    Console.WriteLine($"Task.Run方式创建一个task，线程ID为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                });

            Console.WriteLine("执行主线程");
            Console.Read();
        }
    }
}

运行结果：

2.用Task.Result获取返回值的Task的创建和执行

namespace TaskDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {

            // 有返回值的启动task
            Task<string> task = new Task<string>(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    return $"NEW实例化一个task，线程ID为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";
                }
                );

            task.Start();

            // Task.Factory.StartNew(Action action)创建和启动一个Task

            Task<string> task2 = Task.Factory.StartNew(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(3000);
                    return $"Task.Factory.StartNew方式创建一个task，线程ID为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";
                });

            // Task.Run(Action action)将任务放在线程池队列，返回并启动一个Task

            Task<string> task3 = Task.Run(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(2000);
                    return $"Task.Run方式创建一个task，线程ID为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}";
                });

            Console.WriteLine("执行主线程");
            Console.WriteLine(task.Result);
            Console.WriteLine(task2.Result);
            Console.WriteLine(task3.Result);
            Console.Read();
        }
    }
}

运行结果：

可见Task.Result获取返回值时会阻塞线程。本例中，必须等到task2执行完成，获取到返回值后，才能继续执行task3。但是上面两个例子中的Task的执行都是异步的，不会阻塞主线程。

3.同步执行Task，会阻塞主线程

namespace TaskDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {

            Task task = new Task(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    Console.WriteLine("执行Task结束");
                }
                );           

            // 同步执行，会阻碍主线程
            task.RunSynchronously();
            Console.WriteLine("执行主线程");
            Console.Read();
        }
    }
}

运行结果：

4.Task的阻塞方法（Wait/WaitAll/WaitAny）

4.1Thread阻塞线程的方法

使用thread.Join()方法可阻塞主线程

namespace TaskDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {

            Thread thread1 = new Thread(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    Console.WriteLine("线程1执行完毕");
                });
            thread1.Start();

            Thread thread2 = new Thread(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine("线程2执行完毕");
                });
            thread2.Start();

            //阻塞主线程
            thread1.Join();
            thread2.Join();
            Console.WriteLine("主线程执行完毕");
            Console.Read();
        }
    }
}

运行结果：

使用Thread.Join()方法的弊端包括：

• 如果要实现很多线程的阻塞，每个线程都要调用一次Join()方法；
• 如果让所有的线程执行完毕（或任一线程执行完毕）时，立即解除阻塞，使用Join()方法不容易实现。

4.2使用Task Wait/WaitAll/WaitAny方法，实现阻塞线程

• task.Wait()表示等待task执行完毕，类似于thread.Join()
• task.WaitAll(Task[] tasks)表示只有所有的task都执行完毕再解除阻塞
• task.WaitAny(Task[] tasks)表示只要有一个task执行完毕就解除阻塞

Task task1 = new Task(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    Console.WriteLine("线程1执行完毕");
                });
            task1.Start();

            Task task2 = new Task(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine("线程2执行完毕");
                });
            task2.Start();

            // 阻塞主线程。task1和task2都执行完毕再执行主线程
            //task1.Wait();
            //task2.Wait();
            Task.WaitAll(new Task[] { task1, task2 });
            Console.WriteLine("主线程执行完毕");
            Console.Read();

运行结果：

使用task1.Wait(); task2.Wait()可以达到同样的目的。如果把WaitAll改成WaitAny，则运行结果如下所示：

5.Task的延续操作（WhenAny/WhenAll/ContinueWith）

Wait/WaitAll/WaitAny方法返回值都是void，这些方法只是单纯的实现阻塞线程。使用WhenAny/WhenAll/ContinueWith方法可以让task执行完毕后，继续执行后续操作，这些方法执行完成返回一个task实例。

• task.WhenAll(Task[] tasks)表示所有的task都执行完毕后再去执行后续的操作
• task.WhenAny(Task[] tasks)表示任一task执行完毕后就开始执行后续操作

Task task1 = new Task(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    Console.WriteLine("线程1执行完毕");
                });
            task1.Start();

            Task task2 = new Task(
                () =>
                {
                    Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine("线程2执行完毕");
                });
            task2.Start();

            Task.WhenAll(new Task[] { task1, task2 }).ContinueWith(
                (t) =>
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    Console.WriteLine("执行后续操作完毕");
                });

            Console.WriteLine("主线程执行完毕");
            Console.Read();

运行结果：

WhenAll/WhenAny方法并不会阻塞主线程。也可以使用Task.Factory.ContinueWhenAll来实现

Task.Factory.ContinueWhenAll(new Task[] { task1, task2 }, (t) =>
            {
                Thread.Sleep(1000);
                Console.WriteLine("执行后续操作完毕");
            });

6.Task的任务取消（CancellationTokenSource）

6.1Thread取消任务执行

通过设置一个变量来控制任务是否停止。

　　　　　　　 bool isStop = false;
            int index = 0;

            Thread thread1 = new Thread(
                () =>
                {
                    Console.WriteLine($"thread1的线程ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                    while (!isStop)
                    {
                        Thread.Sleep(1000);
                        Console.WriteLine($"第{++index}次执行，线程运行中...");
                    }

                });

            thread1.Start();
            Console.WriteLine($"主线程开始执行,主线程的ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            // 5s后取消任务执行
            Thread.Sleep(5000);
            isStop = true;
            Console.WriteLine("主线程执行完毕");
            Console.Read();

运行结果：

6.2Task取消任务执行

使用专门类CancellationTokenSource来取消任务执行。

CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
            int index = 0;
            Task task1 = new Task(
                () =>
                {
                    while (!source.IsCancellationRequested)
                    {
                        Thread.Sleep(1000);
                        Console.WriteLine($"第{++index}次执行，线程运行中...");
                    }

                });
            task1.Start();
            Console.WriteLine("主线程开始执行");
            Thread.Sleep(5000);
            source.Cancel();
            Console.WriteLine("主线程执行完毕");
            Console.Read();

运行结果：

还可以使用source.CancelAfter(5000)实现5s后自动取消任务，即Thread.Sleep(5000); source.Cancel();这两条代码由source.CancelAfter(5000)取代。运行结果：

注意这两次运行结果中，“主线程执行完毕”的区别。也可以通过source.Token.Register(Action action)注册取消任务触发的回调函数。

CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
            source.Token.Register(
                () =>
                {
                    Console.WriteLine("任务被取消后执行的操作");
                });
            int index = 0;
            Task task1 = new Task(
                () =>
                {
                    Console.WriteLine($"task1的线程ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
                    while (!source.IsCancellationRequested)
                    {
                        Thread.Sleep(1000);
                        Console.WriteLine($"第{++index}次执行，线程运行中...");
                    }

                });
            task1.Start();
            Console.WriteLine($"主线程开始执行,主线程的ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            source.CancelAfter(5000);
            Console.WriteLine("主线程执行完毕");

            Console.Read();

运行结果：

7.异步方法（async/await）

async static Task<string>GetContentAsync(string fileName)
        {
            Console.WriteLine($"当前线程ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.WriteLine($"开始读取文件:{DateTime.Now}");
            Thread.Sleep(1000);
            using(StreamReader sr = new StreamReader(fileName))
            {
                string program = await sr.ReadToEndAsync();
                Console.WriteLine($"读取文件结束:{DateTime.Now}");
                return program;
            }
        }

        // 同步读取文件内容
        static string GetContent(string fileName)
        {
            using (StreamReader sr = new StreamReader(fileName))
            {
                string program = sr.ReadToEnd();
                return program;
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            string path = @"D:\Demos\TaskDemo\postdata.txt";
            Console.WriteLine($"主线程ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.WriteLine($"主程序执行开始：{DateTime.Now}");
            string content = GetContentAsync(path).Result;
            Console.WriteLine($"主程序输入结果：{content}");
            Console.WriteLine($"主程序执行结束：{DateTime.Now}");
            Console.Read();
        }

运行结果：

主程序等待GetContentAsync方法执行完毕后，获取到返回值后才继续执行。这说明，如果调用方法要从调用中获取一个T类型的值，异步方法的返回类型必须是Task<T>，而且调用会获取到返回值后才会继续执行下去。如果仅仅是调用一下异步方法，不和异步方法做其他交互，则将异步方法签名返回值为void，这种调用形式也被称为“调用并忘记”。

async static void GetContentAsync(string fileName)
        {
            Console.WriteLine($"当前线程ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.WriteLine($"开始读取文件:{DateTime.Now}");
            Thread.Sleep(1000);
            using(StreamReader sr = new StreamReader(fileName))
            {
                string program = await sr.ReadToEndAsync();
                Console.WriteLine($"读取文件结束:{DateTime.Now}");
            }
        }

static void Main(string[] args)
        {
            string path = @"D:\Demos\TaskDemo\postdata.txt";
            Console.WriteLine($"主线程ID是{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.WriteLine($"主程序执行开始：{DateTime.Now}");
            GetContentAsync(path);
            Console.WriteLine($"主程序执行结束：{DateTime.Now}");
            Console.Read();
}

运行结果：