Asp.Net Core 轻松学-多线程之Task快速上手

前言

    Task是从 .NET Framework 4 开始引入的一项基于队列的异步任务（TAP）模式，从 .NET Framework 4.5 开始，任何使用 async/await 进行修饰的方法，都会被认为是一个异步方法；实际上，这些异步方法都是基于队列的线程任务，从你开始使用 Task 去运行一段代码的时候，实际上就相当于开启了一个线程，默认情况下，这个线程数由线程池 ThreadPool 进行管理的。

1. Task 的使用方法

Task 的使用用方法非常简单，一行代码就可以开始一个异步任务

1.1 最简单的使用方式

       static void EasyTask()
        {
            // 执行一个无返回值的任务
            Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine("runing...");
            });

            // 执行一个返回 int 类型结果的任务
            Task.Run<int>(() =>
            {
                return new Random().Next();
            });

            // 声明一个任务，仅声明，不执行
            Task t = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("");
            });
        }

上面的代码看起来非常简单，只需要一行代码就完成了一个异步任务线程，先不要去深究其背后的原理，对于新手来说，先解决能用，再去了解为什么可以这样使用，不然，一开始就失去了学习的信心

2.1 使用 TaskFactory 工厂开始异步任务

        static void Factory()
        {
            List<Task<int>> tasks = new List<Task<int>>();
            TaskFactory factory = new TaskFactory();
            tasks.Add(factory.StartNew<int>(() =>
           {
               return 1;
           }));
            tasks.Add(factory.StartNew<int>(() =>
            {
                return 2;
            }));

            foreach (var t in tasks)
            {
                Console.WriteLine("Task:{0}", t.Result);
            }
        }

上面的代码使用 TaskFactory 创建并运行了两个异步任务，同时把这两个任务加入了任务列表 tasks 中，然后立即迭代此 tasks 获取异步任务的执行结果，使用 TaskFactory 工厂类，可以创建一组人物，然后依次执行它们

2.3 执行上面的代码，输出结果如下

3. 处理 Task 中的异常

异步任务中发生异常会导致任务抛出 TaskCancelException 的异常，仅表示任务退出，程序应当捕获该异常；然后，立即调用 Task 进行状态判断，获取内部异常

3.1 模拟抛出异常

        static void SimpleTask()
        {
            var task = Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine("SimpleTask");
                Task.Delay(1000).Wait();
                throw new Exception("SimpleTask Error");
            });
            try
            {
                task.Wait();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
            }
             if (task.IsCompletedSuccessfully)
            {
                Console.WriteLine("IsCompleted");
            }
        }

上面的代码模拟了 Task 内部发生的异常，并捕获了异常，通常情况下，推荐使用 Task 的任务状态判断以进行下一步的任务处理（如果需要），如果仅仅是简单的执行一个异步任务，直接捕获异常即可，这里使用了状态判断，如果任务已完成，则打印一则消息：IsCompleted；很明显，在上面的代码中，此 “IsCompleted” 消息并不会被打印到控制台

注意，这里使用了 task.IsCompletedSuccessfully 而不是 task.IsCompleted，这两者的区别在于，前者只有在任务正常执行完成，无异常，无中途退出指令的情况下才会表示已完成，而 task.IsCompleted 则仅仅表示“任务完成”

3.2 执行程序，输出结果

4. 同步上下文

在 WinForm/WPF 应用程序中，也常常需要在 UI 上开辟异步任务，通常情况下，窗体控件仅允许创建其的线程访问，在没有 Task 的时代，处理异步上下文到同步上下文是一件非常复杂的事情，在 Task 出现以后，提供了 TaskScheduler 任务调度器，让我们可以非常方便的在异步线程中访问 UI 线程的资源

4.1 获取当前线程上下文对象

 static void TaskSynchronizationContext()
        {
            var UISyncContext = TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext();

            var t1 = Task.Factory.StartNew<int>(() =>
               {
                   return 1;
               });
            t1.ContinueWith((atnt) =>
            {
                // 从这里访问 UI 线程的资源
                Console.WriteLine("从这里访问 UI 线程的资源");

            }, UISyncContext);
        }

从上面的代码可以发现，仅仅需要调用 TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext() 获得当前线程的同步上下文，然后在执行异步任务的时候传入，即可访问当前线程创建的 UI 资源

5. Task 的运行方式

5.1 基于 ThreadPool 线程池的方式

一个异步任务总是处于队列中，任务队列基于先进先出的原则，最先进入队列的任务总是最先被执行；但是，在多线程的环境下，最先执行并不意味着最先结束，意识到这一点很重要，每个任务可调度的资源和处理的进度决定了任务的完成时间。

默认情况下，所有的任务都使用 ThreadPool 的资源，当你开启一个 Task 的时候，实际上，是由 ThreadPool 分配了一个线程，ThreadPool 的上限取决于很多方面的因素，例如虚拟内存的大小，当 Task 开启的数量超过ThreadPool 的上限的时候，Task 将进入排队状态，可以手动设置 ThreadPool 的大小

        static void SetThreadPool()
        {
            var available = ThreadPool.SetMaxThreads(8, 16);
            Console.WriteLine("Result:{0}", available);
        }

上面的代码表示设置当前程序可使用的线程池大小，但是，SetMaxThreads 的值不应该小于托管服务器的 CPU 核心数量，否则，变量 available 的值将显示为 false，表示未成功设置线程池上限

注意：ThreadPool 上的所有线程都是后台线程，也就是说，其IsBackground属性是true，在托管程序退出后，ThreadPool 也将会退出。

5.2 长时间运行于后台的任务

在创建 Task 的时候，我们可能需要做一些长时间运行的业务，这个时候如果使用默认的 ThreadPool 资源，在并发状态下，这是不合适的，因为该任务总是长时间的占用线程池中的资源，导致线程池数量受限，这种情况下，可以在创建任务的时候使用指定 TaskCreationOptions.LongRunning 方式创建 Task

 static void LongTask()
        {
            Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("LongRunning Task");
            }, TaskCreationOptions.LongRunning);
        }

上面的代码看起来和创建普通的 Task 任务并没有多大的区别，唯一不同的是，在参数中传入了 TaskCreationOptions.LongRunning，指定这个是一个 LongRunning 类型的任务，当TaskFactory 收到这样一个类型的任务时，将会为这个任务开辟一个独立的线程，而不是从 ThreadPool 中创建

6. 有条件的 Task

Task 内部提供多种多样的基于队列的链式任务管理方法，通过使用这些快捷方式，可以让异步队列有序的执行，比如ContinueWith()，ContinueWhenAll()，ContinueWhenAny(),WaitAll()，WaitAny()，WhenAll(),WhenAny()

6.1 使用演示

 static void WithTask()
        {
            var order1 = Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine("Order 1");
            });

            // 匿名委托将等待 order1 执行完成后执行，并将 order1 对象作为参数传入
            order1.ContinueWith((task) =>
            {
                Console.WriteLine("Order 1 Is Completed");
            });

            var t1 = Task.Run(() => { Task.Delay(1500).Wait(); Console.WriteLine("t1"); });
            var t2 = Task.Run(() => { Task.Delay(2000).Wait(); Console.WriteLine("t2"); });
            var t3 = Task.Run(() => { Task.Delay(3000).Wait(); Console.WriteLine("t3"); });
            Task.WaitAll(t1, t2, t3);
            // t1,t2,t3 完成后输出下面的消息
            Console.WriteLine("t1,t2,t3 Is Complete");

            var t4 = Task.Run(() => { Task.Delay(1500).Wait(); Console.WriteLine("t4"); });
            var t5 = Task.Run(() => { Task.Delay(2000).Wait(); Console.WriteLine("t5"); });
            var t6 = Task.Run(() => { Task.Delay(3000).Wait(); Console.WriteLine("t6"); });
            Task.WaitAny(t4, t5, t6);
            // 当任意任务完成时，输出下面的消息，目前按延迟时间计算，在 t4 完成后立即输出下面的信息
            Console.WriteLine("t4,t5,t6 Is Complete");

            var t7 = Task.Run(() => { Task.Delay(1500).Wait(); Console.WriteLine("t7"); });
            var t8 = Task.Run(() => { Task.Delay(2000).Wait(); Console.WriteLine("t8"); });
            var t9 = Task.Run(() => { Task.Delay(3000).Wait(); Console.WriteLine("t9"); });
            var whenAll = Task.WhenAll(t7, t8, t9);
            // WhenAll 不会等待，所以这里必须显示指定等待
            whenAll.Wait();
            // 当所有任务完成时，输出下面的消息
            Console.WriteLine("t7,t8,t9 Is Complete");

            var t10 = Task.Run(() => { Task.Delay(1500).Wait(); Console.WriteLine("t10"); });
            var t11 = Task.Run(() => { Task.Delay(2000).Wait(); Console.WriteLine("t11"); });
            var t12 = Task.Run(() => { Task.Delay(3000).Wait(); Console.WriteLine("t12"); });
            var whenAny = Task.WhenAll(t10, t11, t12);
            // whenAny 不会等待，所以这里必须显示指定等待
            whenAny.Wait();
            // 当任意任务完成时，输出下面的消息，目前按延迟时间计算，在 t10 完成后立即输出下面的信息
            Console.WriteLine("t10,t11,t12 Is Complete");
        }

6.2 执行上面的代码，输出结果如下

值得注意的是，当调用 WhenAll 方法时，会返回执行任务的状态，此状态是所有任务的统一状态，如果执行了 3 个任务，而其中一个出错，则返回任务状态表示为：Faulted，如果任意任务被取消，则状态为：Canceled；

当调用 WhenAny() 方法时，表示任意任务完成即可表示完成，此时，会返回最先完成的任务信息

注意：WhenAll 和 WhenAny 方法正常执行，无异常，无取消，则所返回的完成状态表示为：RanToCompletion

结束语

• 本章简要介绍了基于队列的异步任务（TAP）使用方式
• 介绍了TAP 运行的方式、以及异常处理
• 同时还介绍了如何使用 UI 线程同步上下文对象，以及有条件使用 TAP 的各种方法

示例代码下载

https://github.com/lianggx/EasyAspNetCoreDemo/tree/master/Ron.TaskDemo