Task底层实现原理探秘

　　.NET 4包含新名称空间System.Threading.Tasks，它 包含的类抽象出了线程功能， 在底层使用ThreadPool。 任务表示应完成的某个单元的工作。 这个单元的工作可以在单独的线程中运行,也可以以同步方式启动一个任务,这需要等待主调线程。 使用任务不仅可以获得一个抽象层,还可以对底层线程进行很多控制。 　　

　　在安排需要完成的工作时,任务提供了非常大的灵活性。 例如，可 以定义连续的工 作—— 在一个任务完成后该执行什么工作。 这可以区分任务成功与否。 另外，还可以在层次结构中安排任务。例如，父任务可以创建新的子任务。 这可以创建一种依赖关系，这样，取消父任务，也会取消其子任务。

　　asyn和awit，通过获取task句柄的方式，在适当的时候根据句柄回调，这种语法糖更方便的实现异步编程。

Task和Thread的区别

• Task是架构在Thread之上的，也就是说任务最终还是要抛给线程去执行。
• Task跟Thread不是一对一的关系，比如开10个任务并不是说会开10个线程，这一点任务有点类似线程池，但是任务相比线程池有很小的开销和精确的控制。

Task控制台测试程序

1.  
   using System;
2.  
   using System.Collections.Generic;
3.  
   using System.Linq;
4.  
   using System.Text;
5.  
   using System.Threading;
6.  
   using System.Threading.Tasks;
7.  
    
8.  
   namespace MyTask
9.  
   {
10.  
    class Program
11.  
    {
12.  
    /// <summary>
13.  
    /// 启动方式
14.  
    /// </summary>
15.  
    public static void StartWay()
16.  
    {
17.  
    var task1 = new Task(() =>
18.  
    {
19.  
    Console.WriteLine("Hello,task");
20.  
    });
21.  
    task1.Start();
22.  
     
23.  
    var task2 = Task.Factory.StartNew(() =>
24.  
    {
25.  
    Console.WriteLine("Hello,task started by task factory");
26.  
    });
27.  
    }
28.  
     
29.  
    /// <summary>
30.  
    /// 生命周期测试
31.  
    /// </summary>
32.  
    public static void LifeCircle()
33.  
    {
34.  
    var task1 = new Task(() =>
35.  
    {
36.  
    Console.WriteLine("Begin");
37.  
    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
38.  
    Console.WriteLine("Finish");
39.  
    });
40.  
    Console.WriteLine("Before start:" + task1.Status);
41.  
    task1.Start();
42.  
    Console.WriteLine("After start:" + task1.Status);
43.  
    task1.Wait();
44.  
    Console.WriteLine("After Finish:" + task1.Status);
45.  
     
46.  
    }
47.  
     
48.  
    /// <summary>
49.  
    /// 等待所有任务完成
50.  
    /// </summary>
51.  
    public static void WaitAll()
52.  
    {
53.  
    var task1 = new Task(() =>
54.  
    {
55.  
    Console.WriteLine("Task 1 Begin");
56.  
    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
57.  
    Console.WriteLine("Task 1 Finish");
58.  
    });
59.  
    var task2 = new Task(() =>
60.  
    {
61.  
    Console.WriteLine("Task 2 Begin");
62.  
    System.Threading.Thread.Sleep(3000);
63.  
    Console.WriteLine("Task 2 Finish");
64.  
    });
65.  
     
66.  
    task1.Start();
67.  
    task2.Start();
68.  
    Task.WaitAll(task1, task2);
69.  
    Console.WriteLine("WaitAll task finished!");
70.  
     
71.  
    }
72.  
     
73.  
    /// <summary>
74.  
    /// 等待任意一个执行任务完成
75.  
    /// </summary>
76.  
    public static void WaitAny()
77.  
    {
78.  
    var task1 = new Task(() =>
79.  
    {
80.  
    Console.WriteLine("Task 1 Begin");
81.  
    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
82.  
    Console.WriteLine("Task 1 Finish");
83.  
    });
84.  
    var task2 = new Task(() =>
85.  
    {
86.  
    Console.WriteLine("Task 2 Begin");
87.  
    System.Threading.Thread.Sleep(3000);
88.  
    Console.WriteLine("Task 2 Finish");
89.  
    });
90.  
     
91.  
    task1.Start();
92.  
    task2.Start();
93.  
    Task.WaitAny(task1, task2);
94.  
    Console.WriteLine("WaitAny task finished!");
95.  
    }
96.  
     
97.  
    /// <summary>
98.  
    /// 任务回调方法
99.  
    /// </summary>
100.  
     public static void ContinueWith()
101.  
     {
102.  
     var task1 = new Task(() =>
103.  
     {
104.  
     Console.WriteLine("Task 1 Begin");
105.  
     System.Threading.Thread.Sleep(2000);
106.  
     Console.WriteLine("Task 1 Finish");
107.  
     });
108.  
     var task2 = new Task(() =>
109.  
     {
110.  
     Console.WriteLine("Task 2 Begin");
111.  
     System.Threading.Thread.Sleep(3000);
112.  
     Console.WriteLine("Task 2 Finish");
113.  
     });
114.  
      
115.  
      
116.  
     task1.Start();
117.  
     task2.Start();
118.  
     var result = task1.ContinueWith<string>(task =>
119.  
     {
120.  
     Console.WriteLine("task1 finished!");
121.  
     return "This is task1 result!";
122.  
     });
123.  
      
124.  
     Console.WriteLine(result.Result.ToString());
125.  
      
126.  
     var result2 = task2.ContinueWith<string>(task =>
127.  
     {
128.  
     Console.WriteLine("task2 finished!");
129.  
     return "This is task2 result!";
130.  
     });
131.  
      
132.  
     Console.WriteLine(result2.Result.ToString());
133.  
     }
134.  
      
135.  
     /// <summary>
136.  
     /// 取消任务
137.  
     /// </summary>
138.  
     public static void Cancel()
139.  
     {
140.  
     var tokenSource = new CancellationTokenSource();
141.  
     var token = tokenSource.Token;
142.  
     var task = Task.Factory.StartNew(() =>
143.  
     {
144.  
     for (var i = 0; i < 1000; i++)
145.  
     {
146.  
     System.Threading.Thread.Sleep(1000);
147.  
     if (token.IsCancellationRequested)
148.  
     {
149.  
     Console.WriteLine("Abort mission success!");
150.  
     return;
151.  
     }
152.  
     }
153.  
     }, token);
154.  
     token.Register(() =>
155.  
     {
156.  
     Console.WriteLine("Canceled");
157.  
     });
158.  
     Console.WriteLine("Press enter to cancel task...");
159.  
     Console.ReadKey();
160.  
     tokenSource.Cancel();
161.  
      
162.  
     Console.ReadKey();//这句忘了加，程序退出了，看不到“Abort mission success!“这个提示
163.  
     }
164.  
      
165.  
     /// <summary>
166.  
     /// 函数入口
167.  
     /// </summary>
168.  
     /// <param name="args"></param>
169.  
     static void Main(string[] args)
170.  
     {
171.  
     Console.WriteLine("StartWay is runing");
172.  
     StartWay();
173.  
     Console.WriteLine("LifeCircle is runing");
174.  
     LifeCircle();
175.  
     Console.WriteLine("WaitAll is runing");
176.  
     WaitAll();
177.  
     Console.WriteLine("WaitAny is runing");
178.  
     WaitAny();
179.  
     Console.WriteLine("ContinueWith is runing");
180.  
     ContinueWith();
181.  
     Console.WriteLine("Cancel is runing");
182.  
     Cancel();
183.  
      
184.  
     Console.Read();
185.  
     }
186.  
     }
187.  
     }

参考地址：http://www.cnblogs.com/yunfeifei/p/4106318.html

内嵌和异常

1.  
   using System;
2.  
   using System.Collections.Generic;
3.  
   using System.Linq;
4.  
   using System.Text;
5.  
   using System.Threading;
6.  
   using System.Threading.Tasks;
7.  
    
8.  
   namespace MyTask
9.  
   {
10.  
    class Program
11.  
    {
12.  
     
13.  
    /// <summary>
14.  
    /// 内部Task测试-普通方式
15.  
    /// <mark>
16.  
    /// 执行结果：
17.  
    /// Parent task finished!
18.  
    /// Flag
19.  
    /// Childen task finished!
20.  
    /// </mark>
21.  
    /// </summary>
22.  
    public static void InnerTask()
23.  
    {
24.  
    var pTask = Task.Factory.StartNew(() =>
25.  
    {
26.  
    var cTask = Task.Factory.StartNew(() =>
27.  
    {
28.  
    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
29.  
    Console.WriteLine("Childen task finished!");
30.  
    });
31.  
    Console.WriteLine("Parent task finished!");
32.  
    });
33.  
    pTask.Wait();
34.  
    Console.WriteLine("Flag");
35.  
    }
36.  
     
37.  
    /// <summary>
38.  
    /// 内部Task测试-父子任务关联
39.  
    /// <mark>
40.  
    /// 执行结果：
41.  
    /// Parent task finished!
42.  
    /// Childen task finished!
43.  
    /// Flag
44.  
    /// </mark>
45.  
    /// </summary>
46.  
    public static void InnerTaskAttachedToParent()
47.  
    {
48.  
    var pTask = Task.Factory.StartNew(() =>
49.  
    {
50.  
    var cTask = Task.Factory.StartNew(() =>
51.  
    {
52.  
    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
53.  
    Console.WriteLine("Childen task finished!");
54.  
    }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
55.  
    Console.WriteLine("Parent task finished!");
56.  
    });
57.  
    pTask.Wait();
58.  
    Console.WriteLine("Flag");
59.  
    }
60.  
     
61.  
    /// <summary>
62.  
    /// 多任务互相关联结果运算
63.  
    /// </summary>
64.  
    public static void MultiInnerTask()
65.  
    {
66.  
    Task.Factory.StartNew(() =>
67.  
    {
68.  
    var t1 = Task.Factory.StartNew<int>(() =>
69.  
    {
70.  
    Console.WriteLine("Task 1 running...");
71.  
    return 1;
72.  
    });
73.  
    t1.Wait(); //等待任务一完成
74.  
    var t3 = Task.Factory.StartNew<int>(() =>
75.  
    {
76.  
    Console.WriteLine("Task 3 running...");
77.  
    return t1.Result + 3;
78.  
    });
79.  
    var t4 = Task.Factory.StartNew<int>(() =>
80.  
    {
81.  
    Console.WriteLine("Task 2 running...");
82.  
    return t1.Result + 2;
83.  
    }).ContinueWith<int>(task =>
84.  
    {
85.  
    Console.WriteLine("Task 4 running...");
86.  
    return task.Result + 4;
87.  
    });
88.  
    Task.WaitAll(t3, t4); //等待任务三和任务四完成
89.  
    var result = Task.Factory.StartNew(() =>
90.  
    {
91.  
    Console.WriteLine("Task Finished! The result is {0}", t3.Result + t4.Result);
92.  
    });
93.  
    });
94.  
    }
95.  
     
96.  
    /// <summary>
97.  
    /// 函数入口
98.  
    /// </summary>
99.  
    /// <param name="args"></param>
100.  
     static void Main(string[] args)
101.  
     {
102.  
     Console.WriteLine("InnerTask is runing");
103.  
     InnerTask();
104.  
     Console.WriteLine("InnerTaskAttachedToParent is runing");
105.  
     InnerTaskAttachedToParent();
106.  
     Console.WriteLine("MultiInnerTask is runing");
107.  
     MultiInnerTask();
108.  
      
109.  
     Console.Read();
110.  
     }
111.  
     }
112.  
     }

参考地址：http://www.cnblogs.com/yunfeifei/p/4111112.html

多线程带来的问题

1、死锁问题

　　前面我们学习了Task的使用方法，其中Task的等待机制让我们瞬间爱上了它，但是如果我们在调用Task.WaitAll方法等待所有线程时，如果有一个Task一直不返回，会出现什么情况呢？当然，如果我们不退出来的话，程序会一直等待下去，那么因为这一个Task的死锁，导致其他的任务也无法正常提交，整个程序"死"在那里。下面我们来写一段代码，来看一下死锁的情况：

         var t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 1 Start running...");
                while(true)
                {
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }
                Console.WriteLine("Task 1 Finished!");
            });
            var t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 2 Start running...");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("Task 2 Finished!");
            });
            Task.WaitAll(t1,t2);

这里我们创建两个Task，t1和t2，t1里面有个while循环，由于条件一直为TRUE，所以他永远也无法退出。运行程序，结果如下：

可以看到Task2完成了，就是迟迟等不到Task1，这个时候我们按回车是没有反应的，除非关掉窗口。如果我们在项目中遇到这种情况是令人很纠结的，因为我们也不知道到底发生了什么，程序就是停在那里，也不报错，也不继续执行。

那么出现这种情况我们该怎么处理呢？我们可以设置最大等待时间，如果超过了等待时间，就不再等待，下面我们来修改代码，设置最大等待时间为5秒(项目中可以根据实际情况设置)，如果超过5秒就输出哪个任务出错了，代码如下：

           Task[] tasks = new Task[2];
            tasks[0] = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 1 Start running...");
                while(true)
                {
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }
                Console.WriteLine("Task 1 Finished!");
            });
           tasks[1] = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("Task 2 Start running...");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("Task 2 Finished!");
            });

            Task.WaitAll(tasks,5000);
            for (int i = 0; i < tasks.Length;i++ )
            {
                if (tasks[i].Status != TaskStatus.RanToCompletion)
                {
                    Console.WriteLine("Task {0} Error!",i + 1);
                }
            }
            Console.Read();

这里我们将所有任务放到一个数组里面进行管理，调用Task.WaitAll的一个重载方法，第一个参数是Task[]数据,第二个参数是最大等待时间，单位是毫秒，这里我们设置为5000及等待5秒钟，就继续向下执行。下面我们遍历Task数组，通过Status属性判断哪些Task没有完成，然后输出错误信息。

2、SpinLock(自旋锁)

　　 我们初识多线程或者多任务时，第一个想到的同步方法就是使用lock或者Monitor，然而在4.0 之后微软给我们提供了另一把利器——spinLock，它比重量级别的Monitor具有更小的性能开销，它的用法跟Monitor很相似，VS给的提示如下：

下面我们来写一个例子看一下，代码如下(关于lock和Monitor的用法就不再细说了，网上资料很多，大家可以看看)：

          SpinLock slock = new SpinLock(false);
            long sum1 = 0;
            long sum2 = 0;
            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                sum1 += i;
            });

            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                bool lockTaken = false;
                try
                {
                    slock.Enter(ref lockTaken);
                    sum2 += i;
                }
                finally
                {
                    if (lockTaken)
                        slock.Exit(false);
                }
            });

            Console.WriteLine("Num1的值为:{0}", sum1);
            Console.WriteLine("Num2的值为:{0}", sum2);

            Console.Read();

输出结果如图：

这里我们使用了Parallel.For方法来做演示，Parallel.For用起来方便，但是在实际开发中还是尽量少用，因为它的不可控性太高，有点简单粗暴的感觉，可能带来一些不必要的"麻烦",最好还是使用Task，因为Task的可控性较好。

slock.Enter方法，解释如下：

3、多线程之间的数据同步

　　多线程间的同步，在用thread的时候，我们常用的有lock和Monitor，上面刚刚介绍了.Net4.0中一个新的锁——SpinLock(自旋锁)，实际上，我们还可以将任务分成多块，由多个线程一起执行，最后合并多个线程的结果，如：求1到100的和，我们分10个线程，分别求1~10，......，90~100的和，然后合并十个线程的结果。还有就是使用线程安全集合，可参加第二天的文章。其实Task的同步机制做已经很好了，如果有特殊业务需求，有线程同步问题，大家可一起交流~~

Task和线程池之间的抉择

　　我们要说的task的知识也说的差不多了，接下来我们开始站在理论上了解下“线程池”和“任务”之间的关系，我们要做到知其然，还要知其所以然。不管是说线程还是任务，我们都不可避免的要讨论下线程池，然而在.net 4.0以后，线程池引擎考虑了未来的扩展性，已经充分利用多核微处理器架构，只要在可能的情况下，我们应该尽量使用task，而不是线程池。

　　这里简要的分析下CLR线程池，其实线程池中有一个叫做“全局队列”的概念，每一次我们使用QueueUserWorkItem的使用都会产生一个“工作项”，然后“工作项”进入“全局队列”进行排队，最后线程池中的的工作线程以FIFO(First Input First Output)的形式取出,这里值得一提的是在.net 4.0之后“全局队列”采用了无锁算法，相比以前版本锁定“全局队列”带来的性能瓶颈有了很大的改观。那么任务委托的线程池不光有“全局队列”，而且每一个工作线程都有”局部队列“。我们的第一反应肯定就是“局部队列“有什么好处呢？这里暂且不说，我们先来看一下线程池中的任务分配，如下图：

线程池的工作方式大致如下，线程池的最小线程数是6，线程1~3正在执行任务1~3，当有新的任务时，就会向线程池请求新的线程，线程池会将空闲线程分配出去，当线程不足时，线程池就会创建新的线程来执行任务，直到线程池达到最大线程数(线程池满)。总的来说，只有有任务就会分配一个线程去执行,当FIFO十分频繁时，会造成很大的线程管理开销。

　　下面我们来看一下task中是怎么做的,当我们new一个task的时候“工作项”就会进去”全局队列”，如果我们的task执行的非常快，那么“全局队列“就会FIFO的非常频繁，那么有什么办法缓解呢？当我们的task在嵌套的场景下，“局部队列”就要产生效果了，比如我们一个task里面有3个task，那么这3个task就会存在于“局部队列”中，如下图的任务一，里面有三个任务要执行，也就是产生了所谓的"局部队列"，当任务三的线程执行完成时，就会从任务一种的队列中以FIFO的形式"窃取"任务执行，从而减少了线程管理的开销。这就相当于，有两个人，一个人干完了分配给自己的所有活，而另一个人却还有很多的活，闲的人应该接手点忙的人的活，一起快速完成。

　　从上面种种情况我们看到，这些分流和负载都是普通ThreadPool.QueueUserWorkItem所不能办到的，所以说在.net 4.0之后，我们尽可能的使用TPL，抛弃ThreadPool。

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