• C#中 Thread,Task,Async/Await,IAsyncResult 的那些事儿!


    说起异步,Thread,Task,async/await,IAsyncResult 这些东西肯定是绕不开的,今天就来依次聊聊他们

    1.线程(Thread)

    多线程的意义在于一个应用程序中,有多个执行部分可以同时执行;对于比较耗时的操作(例如io,数据库操作),或者等待响应(如WCF通信)的操作,可以单独开启后台线程来执行,这样主线程就不会阻塞,可以继续往下执行;等到后台线程执行完毕,再通知主线程,然后做出对应操作!

    在C#中开启新线程比较简单

    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("主线程开始");
        //IsBackground=true,将其设置为后台线程
        Thread t = new Thread(Run) { IsBackground = true };
        t.Start();
       Console.WriteLine("主线程在做其他的事!");
    //主线程结束,后台线程会自动结束,不管有没有执行完成 //Thread.Sleep(300); Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("主线程结束"); } static void Run() { Thread.Sleep(700); Console.WriteLine("这是后台线程调用"); }

     执行结果如下图,

    可以看到在启动后台线程之后,主线程继续往下执行了,并没有等到后台线程执行完之后。

    1.1 线程池

    试想一下,如果有大量的任务需要处理,例如网站后台对于HTTP请求的处理,那是不是要对每一个请求创建一个后台线程呢?显然不合适,这会占用大量内存,而且频繁地创建的过程也会严重影响速度,那怎么办呢?线程池就是为了解决这一问题,把创建的线程存起来,形成一个线程池(里面有多个线程),当要处理任务时,若线程池中有空闲线程(前一个任务执行完成后,线程不会被回收,会被设置为空闲状态),则直接调用线程池中的线程执行(例asp.net处理机制中的Application对象),

    使用事例:

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(m =>
        {
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
        });
    }
    Console.Read();

    运行结果:

    可以看到,虽然执行了10次,但并没有创建10个线程。

     1.2 信号量(Semaphore)

     Semaphore负责协调线程,可以限制对某一资源访问的线程数量

     这里对SemaphoreSlim类的用法做一个简单的事例:

    static SemaphoreSlim semLim = new SemaphoreSlim(3); //3表示最多只能有三个线程同时访问
    static void Main(string[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            new Thread(SemaphoreTest).Start();
        }
        Console.Read();
    }
    static void SemaphoreTest()
    {
        semLim.Wait();
        Console.WriteLine("线程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "开始执行");
        Thread.Sleep(2000);
        Console.WriteLine("线程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "执行完毕");
        semLim.Release();
    }

    执行结果如下:

    可以看到,刚开始只有三个线程在执行,当一个线程执行完毕并释放之后,才会有新的线程来执行方法!

    除了SemaphoreSlim类,还可以使用Semaphore类,感觉更加灵活,感兴趣的话可以搜一下,这里就不做演示了!

    2.Task

    Task是.NET4.0加入的,跟线程池ThreadPool的功能类似,用Task开启新任务时,会从线程池中调用线程,而Thread每次实例化都会创建一个新的线程。

    Console.WriteLine("主线程启动");
    //Task.Run启动一个线程
    //Task启动的是后台线程,要在主线程中等待后台线程执行完毕,可以调用Wait方法
    //Task task = Task.Factory.StartNew(() => { Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("task启动"); });
    Task task = Task.Run(() => { 
        Thread.Sleep(1500);
        Console.WriteLine("task启动");
    });
    Thread.Sleep(300);
    task.Wait();
    Console.WriteLine("主线程结束");

    执行结果如下:

    开启新任务的方法:Task.Run()或者Task.Factory.StartNew(),开启的是后台线程

    要在主线程中等待后台线程执行完毕,可以使用Wait方法(会以同步的方式来执行)。不用Wait则会以异步的方式来执行。

    比较一下Task和Thread:

    static void Main(string[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            new Thread(Run1).Start();
        }
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Task.Run(() => { Run2(); });
        }
    }
    static void Run1()
    {
        Console.WriteLine("Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }
    static void Run2()
    {
        Console.WriteLine("Task调用的Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }

    执行结果:

    可以看出来,直接用Thread会开启5个线程,用Task(用了线程池)开启了3个!

    2.1 Task<TResult>

    Task<TResult>就是有返回值的Task,TResult就是返回值类型。

    Console.WriteLine("主线程开始");
    //返回值类型为string
    Task<string> task = Task<string>.Run(() => {
        Thread.Sleep(2000); 
        return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); 
    });
    //会等到task执行完毕才会输出;
    Console.WriteLine(task.Result);
    Console.WriteLine("主线程结束");

    运行结果:

    通过task.Result可以取到返回值,若取值的时候,后台线程还没执行完,则会等待其执行完毕!

    简单提一下:

    Task任务可以通过CancellationTokenSource类来取消,感觉用得不多,用法比较简单,感兴趣的话可以搜一下!

     3. async/await

    async/await是C#5.0中推出的,先上用法:

    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("-------主线程启动-------");
        Task<int> task = GetStrLengthAsync();
        Console.WriteLine("主线程继续执行");
        Console.WriteLine("Task返回的值" + task.Result);
        Console.WriteLine("-------主线程结束-------");
    }
    
    static async Task<int> GetStrLengthAsync()
    {
        Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法开始执行");
        //此处返回的<string>中的字符串类型,而不是Task<string>
        string str = await GetString();
        Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法执行结束");
        return str.Length;
    }
    
    static Task<string> GetString()
    {
       //Console.WriteLine("GetString方法开始执行")
    return Task<string>.Run(() => { Thread.Sleep(2000); return "GetString的返回值"; }); }

    async用来修饰方法,表明这个方法是异步的,声明的方法的返回类型必须为:void,Task或Task<TResult>。

    await必须用来修饰Task或Task<TResult>,而且只能出现在已经用async关键字修饰的异步方法中。通常情况下,async/await成对出现才有意义,

    看看运行结果:

    可以看出来,main函数调用GetStrLengthAsync方法后,在await之前,都是同步执行的,直到遇到await关键字,main函数才返回继续执行。

    那么是否是在遇到await关键字的时候程序自动开启了一个后台线程去执行GetString方法呢?

    现在把GetString方法中的那行注释加上,运行的结果是:

    大家可以看到,在遇到await关键字后,没有继续执行GetStrLengthAsync方法后面的操作,也没有马上反回到main函数中,而是执行了GetString的第一行,以此可以判断await这里并没有开启新的线程去执行GetString方法,而是以同步的方式让GetString方法执行,等到执行到GetString方法中的Task<string>.Run()的时候才由Task开启了后台线程!

    那么await的作用是什么呢?

    可以从字面上理解,上面提到task.wait可以让主线程等待后台线程执行完毕,await和wait类似,同样是等待,等待Task<string>.Run()开始的后台线程执行完毕,不同的是await不会阻塞主线程,只会让GetStrLengthAsync方法暂停执行。

    那么await是怎么做到的呢?有没有开启新线程去等待?

    只有两个线程(主线程和Task开启的线程)!至于怎么做到的(我也不知道......>_<),大家有兴趣的话研究下吧!

    4.IAsyncResult

    IAsyncResult自.NET1.1起就有了,包含可异步操作的方法的类需要实现它,Task类就实现了该接口

    在不借助于Task的情况下怎么实现异步呢?

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("主程序开始--------------------");
            int threadId;
            AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
            AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
    
            IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,out threadId, null, null);
            Thread.Sleep(0);
            Console.WriteLine("主线程线程 {0} 正在运行.",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId)
            //会阻塞线程,直到后台线程执行完毕之后,才会往下执行
            result.AsyncWaitHandle.WaitOne();
            Console.WriteLine("主程序在做一些事情!!!");
            //获取异步执行的结果
            string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
            //释放资源
            result.AsyncWaitHandle.Close();
            Console.WriteLine("主程序结束--------------------");
            Console.Read();
        }
    }
    public class AsyncDemo
    {
        //供后台线程执行的方法
        public string TestMethod(int callDuration, out int threadId)
        {
            Console.WriteLine("测试方法开始执行.");
            Thread.Sleep(callDuration);
            threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
            return String.Format("测试方法执行的时间 {0}.", callDuration.ToString());
        }
    }
    public delegate string AsyncMethodCaller(int callDuration, out int threadId);

    关键步骤就是红色字体的部分,运行结果:

    和Task的用法差异不是很大!result.AsyncWaitHandle.WaitOne()就类似Task的Wait。

     5.Parallel

    最后说一下在循环中开启多线程的简单方法:

    Stopwatch watch1 = new Stopwatch();
    watch1.Start();
    for (int i = 1; i <= 10; i++)
    {
        Console.Write(i + ",");
        Thread.Sleep(1000);
    }
    watch1.Stop();
    Console.WriteLine(watch1.Elapsed);
    
    Stopwatch watch2 = new Stopwatch();
    watch2.Start();
    
    //会调用线程池中的线程
    Parallel.For(1, 11, i =>
    {
        Console.WriteLine(i + ",线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        Thread.Sleep(1000);
    });
    watch2.Stop();
    Console.WriteLine(watch2.Elapsed);

    运行结果:

    循环List<T>:

    List<int> list = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9 };
    Parallel.ForEach<int>(list, n => { Console.WriteLine(n); Thread.Sleep(1000); });

    执行Action[]数组里面的方法:

    Action[] actions = new Action[] { 
       new Action(()=>{
           Console.WriteLine("方法1");
       }),
        new Action(()=>{
           Console.WriteLine("方法2");
       })
    };
    Parallel.Invoke(actions);

    6.异步的回调

    文中所有Task<TResult>的返回值都是直接用task.result获取,这样如果后台任务没有执行完毕的话,主线程会等待其执行完毕,这样的话就和同步一样了(看上去一样,但其实await的时候并不会造成线程的阻塞,web程序感觉不到,但是wpf,winform这样的桌面程序若不使用异步,会造成UI线程的阻塞)。简单演示一下Task回调函数的使用:

    Console.WriteLine("主线程开始");
    Task<string> task = Task<string>.Run(() => {
        Thread.Sleep(2000); 
        return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); 
    });
    //会等到任务执行完之后执行
    task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>
    {
        Console.WriteLine(task.Result);
    });
    Console.WriteLine("主线程结束");
    Console.Read();

    执行结果:

    OnCompleted中的代码会在任务执行完成之后执行!

    另外task.ContinueWith()也是一个重要的方法:

    Console.WriteLine("主线程开始");
    Task<string> task = Task<string>.Run(() => {
        Thread.Sleep(2000); 
        return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); 
    });
    
    task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>
    {
        Console.WriteLine(task.Result);
    });
    task.ContinueWith(m=>{Console.WriteLine("第一个任务结束啦!我是第二个任务");});
    Console.WriteLine("主线程结束");
    Console.Read();

    执行结果:

    ContinueWith()方法可以让该后台线程继续执行新的任务。

    Task的使用还是比较灵活的,大家可以研究下,好了,以上就是全部内容了,篇幅和能力都有限,希望对大家有用!

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