C#基础之多线程与异步

1.基本概念

多线程与异步是两个不同概念，之所以把这两个放在一起学习，是因为这两者虽然有区别，但也有一定联系。

多线程是一个技术概念，相对于单线程而言，多线程是多个单线程同时处理逻辑。例如，假如说一个人把水从A地提到B点可看作是单线程，那么如果两个人同时去做事（可以是相同的一件事，也可以是不同的一件事）就可以看作是两个线程。

异步：记得读书时学过一篇课文叫《统筹方法》，里面讲述煮茶喝的过程，如下：

比如，想泡壶茶喝。当时的情况是：开水没有；水壶要洗，茶壶、茶杯要洗；火已生了，茶叶也有了。怎么办？

办法甲：洗好水壶，灌上凉水，放在火上；在等待水开的时间里，洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶；等水开了，泡茶喝。

办法乙：先做好一些准备工作，洗水壶，洗茶壶茶杯，拿茶叶；一切就绪，灌水烧水；坐待水开了，泡茶喝。

那么办法甲就是异步方法，办法乙就是同步方法。利用多线程就可以实现办法甲：如用A线程做“洗好水壶，灌上凉水，放在火上”，另B线程做“洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶”，并在B线程中等待A线程执行完毕（即水开），再继续做“泡茶喝”。

上面是示例讲法，所谓的“等待”翻译成技术语言就是“阻塞”，异步与同步的区别就是看一事件中是否有阻塞，等待另一件事情的处理结果。从示例中也可以看到，异步中用到了多线程，但异步和多线程显然是两个不同的概念。

结论：异步是相对同步来说的一个目的，而多线程是实现这个目的一种技术方法。

2.Task的运用

Task是.NET Framework 4.5加入的概念，之前实现多线程是利用Thread类，在此只对Task进行学习，在实际编码中基本用Task，因为它比Thread更易理解，更易运用，更安全可靠。

下面是两者差异的一个总结：

1.task与thread对比，task相当于应用层，thread更底层，但二者是不一样的，没有隶属关系
2.task是在线程池上创建，是后台线程（主线程不会等其完成）；Thread是单个线程，默认是前台线程
3.task可以直接获取返回值，thread不能直接从方法返回结果（可以使用变量来获取结果）
4.使用task.ContinueWith（）方法可以继续执行其他任务。线程中无连续性，当线程完成工作时，不能告诉线程开始其他操作。 尽管可以使用Join（）等待线程完成，但是这会阻塞主线程
5.task借助CancellationTokeSource类可以支持任务中的取消，当thread处于运行中时，无法取消它
6.task能方便捕捉到运行中的异常，thread在父方法中无法捕捉到异常

下面用示例代码来展示Task实现异步的基本运用：

 public static void Main()
        {
            // Start the HandleFile method.
            Task<int> task = HandleFileAsync();//可以看作是一个耗时任务

            // Control returns here before HandleFileAsync returns.
            // ... Prompt the user.
            Console.WriteLine("Please wait patiently " +
                "while I do something important.");

            // Do something at the same time as the file is being read.
            string line = Console.ReadLine();
            Console.WriteLine("You entered (asynchronous logic): " + line);

            // Wait for the HandleFile task to complete.
            // ... Display its results.
            task.Wait();//有调用.result时，这里可以省略。在没有调用.result时，一定要.wait()下，这个话题涉及到当task运行出现异常时：为什么要调用Wait或者Result？
或者一直不查询Task的Exception属性？你的代码就永远注意不到这个异常的发生，如果不能捕捉到这个异常，垃圾回收时，
抛出AggregateException，进程就会立即终止，这就是“牵一发动全身”，莫名其妙程序就自己关掉了
            var x = task.Result;//其实在用Result的时候，内部会调用Wait
            Console.WriteLine("Count: " + x);

            Console.WriteLine("[DONE]");
            Console.ReadLine();
        }

        static async Task<int> HandleFileAsync()//async与下文的await是成对出现，否则不能实现真正的异步，而是同步执行。
        {
            string file = @"C:\enable1.txt";//在这个文档中输入几个字符和输入1MB字符，最终输出结果会有不同，能很好的展示异步调用方式
            Console.WriteLine("HandleFile enter");
            int count = ;

            // Read in the specified file.
            // ... Use async StreamReader method.
            using (StreamReader reader = new StreamReader(file))
            {
                string v = await reader.ReadToEndAsync();
                //string v = reader.ReadToEnd();

                // ... Process the file data somehow.
                count += v.Length;

                // ... A slow-running computation.
                //     Dummy code.
                for (int i = ; i < ; i++)
                {
                    int x = v.GetHashCode();
                    if (x == )
                    {
                        count--;
                    }
                }
            }
            Console.WriteLine("HandleFile exit");
            return count;
        }

上面是task的基本运用，看看注释了解一些注意事项。下面是对ContinueWith，即连续任务的一个运用，如下：

  static void Main()
        {
            // Call async method 10 times.
            for (int i = ; i < ; i++)
            {
                Run2Methods(i);
            }
            // The calls are all asynchronous, so they can end at any time.
            Console.ReadLine();
        }

        static async void Run2Methods(int count)
        {
            // Run a Task that calls a method, then calls another method with ContinueWith.
            int result = await Task.Run(() => GetSum(count))
                .ContinueWith(task => MultiplyNegative1(task));
            Console.WriteLine("Run2Methods result: " + result);
        }

        static int GetSum(int count)
        {
            // This method is called first, and returns an int.
            int sum = ;
            for (int z = ; z < count; z++)
            {
                sum += (int)Math.Pow(z, );
            }
            return sum;
        }

        static int MultiplyNegative1(Task<int> task)
        {
            // This method is called second, and returns a negative int.
            return task.Result * -;
        }

下面是如果想取消任务时CancellationTokenSource类的运用：

  static void Main(string[] args)
        {
            using (var cts = new CancellationTokenSource())
            {
                Task task = new Task(() => { LongRunningTask(cts.Token); });
                task.Start();
                Console.WriteLine("Operation Performing...");
                if (Console.ReadKey().Key == ConsoleKey.C)
                {
                    Console.WriteLine("Cancelling..");
                    cts.Cancel();
                }
                Console.Read();
            }
        }
        private static void LongRunningTask(CancellationToken token)
        {
            for (int i = ; i < ; i++)
            {
                if (token.IsCancellationRequested)
                {
                    break;
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine(i);
                }
            }
        }

以上是Task的基本运用。

3.总结
以上是利用Task、async、await实现异步的方法，示例三展示的是task实现任务的取消，这里不是一个异步方法，只是一个单纯的任务取消（可理解为多线程的取消）。Task本质是类似于threadPool的一个线程池，只需把要做的事丢进去，底层线程怎么分配怎么运行，编码时完全不用关心。如果是用thread类，就需要自己去控制线程的启停销毁等，控制不好就会“翻车”，而且这种“翻车”会导致出现莫名其妙的结果，甚至程序锁死，因此在实际编码中尽量使用task类。