C#多線程系列之任務(wù)基礎(chǔ)(二)

更新時(shí)間：2022年02月14日 10:18:22 作者：癡者工良

本文詳細(xì)講解了C#多線程的任務(wù)基礎(chǔ)，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

判斷任務(wù)狀態(tài)
再說(shuō)父子任務(wù)
組合任務(wù)/延續(xù)任務(wù)
復(fù)雜的延續(xù)任務(wù)
并行(異步)處理任務(wù)
并行(同步)處理任務(wù)
并行任務(wù)的 Task.WhenAny
并行任務(wù)狀態(tài)
循環(huán)中值變化問(wèn)題
定時(shí)任務(wù) TaskScheduler 類

判斷任務(wù)狀態(tài)

屬性	說(shuō)明
IsCanceled	獲取此 Task 實(shí)例是否由于被取消的原因而已完成執(zhí)行。
IsCompleted	獲取一個(gè)值，它表示是否已完成任務(wù)。
IsCompletedSuccessfully	了解任務(wù)是否運(yùn)行到完成。
IsFaulted	獲取 Task是否由于未經(jīng)處理異常的原因而完成。
Status	獲取此任務(wù)的 TaskStatus。

要檢測(cè)一個(gè)任務(wù)是否出錯(cuò)(指任務(wù)因未經(jīng)處理的異常而導(dǎo)致工作終止)，要使用 IsCanceled 和 IsFaulted 兩個(gè)屬性，只要任務(wù)拋出異常，IsFaulted 為 true。但是取消任務(wù)本質(zhì)是拋出 OperationCancelExcetion 異常，不代表任務(wù)出錯(cuò)。

即使任務(wù)拋出了未經(jīng)處理的異常，也算是完成了任務(wù)，因此 IsCompleted 屬性，會(huì)為 true。

示例如下：

代碼有點(diǎn)多，不易觀察，請(qǐng)復(fù)制到程序中運(yùn)行。

    class Program
    {
        static void Main()
        {
            // 正常任務(wù)
            Task task1 = new Task(() =>
            {
            });
            task1.Start();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task1.IsCanceled, task1.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任務(wù)是否完成：" + task1.IsCompleted);
            Console.WriteLine("-------------------");
            
            // 異常任務(wù)
            Task task2 = new Task(() =>
            {
                throw new Exception();
            });
            task2.Start();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task2.IsCanceled, task2.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任務(wù)是否完成：" + task2.IsCompleted);
            Console.WriteLine("-------------------");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

            CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
            // 取消任務(wù)
            Task task3 = new Task(() =>
            {
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(3));
            }, cts.Token);
            task3.Start();
            cts.Cancel();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task3.IsCanceled, task3.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任務(wù)是否完成：" + task3.IsCompleted);
            Console.ReadKey();
        }

        public static void GetResult(bool isCancel, bool isFault)
        {
            if (isCancel == false && isFault == false)
                Console.WriteLine("沒(méi)有異常發(fā)生");
            else if (isCancel == true)
                Console.WriteLine("任務(wù)被取消");
            else
                Console.WriteLine("任務(wù)引發(fā)了未經(jīng)處理的異常");
        }
    }

再說(shuō)父子任務(wù)

在上一篇文章中《C#多線程(13)：任務(wù)基礎(chǔ)①》，我們學(xué)習(xí)了父子任務(wù)，父任務(wù)需要等待子任務(wù)完成后才算完成任務(wù)。

上一章只是給出示例，沒(méi)有明確說(shuō)明場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這里重新寫一個(gè)示例來(lái)補(bǔ)充。

非父子任務(wù)：

外層任務(wù)不會(huì)等待內(nèi)嵌的任務(wù)完成，直接完成或返回結(jié)果。

        static void Main()
        {
            //兩個(gè)任務(wù)沒(méi)有從屬關(guān)系，是獨(dú)立的
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 非子任務(wù)
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    for (int i = 0; i < 5; i++)
                    {
                        Console.WriteLine("     內(nèi)層任務(wù)1");
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                    }
                });
                task1.Start();
                return 666;
            });
            task.Start();
            Console.WriteLine($"任務(wù)運(yùn)算結(jié)果是：{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");
            Console.ReadKey();
            }

父子任務(wù)：

父任務(wù)等待子任務(wù)完成后，才能算完成任務(wù)，然后返回結(jié)果。

        static void Main()
        {
            // 父子任務(wù)
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 子任務(wù)
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    for (int i = 0; i < 5; i++)
                    {
                        Console.WriteLine("     內(nèi)層任務(wù)1");
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                    }
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
                task1.Start();

                Console.WriteLine("最外層任務(wù)");
                return 666;
            });

            task.Start();
            Console.WriteLine($"任務(wù)運(yùn)算結(jié)果是：{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");

            Console.ReadKey();
        }

組合任務(wù)/延續(xù)任務(wù)

Task.ContinueWith() 方法創(chuàng)建一個(gè)在任務(wù)(Task)實(shí)例完成時(shí)異步執(zhí)行的延續(xù)任務(wù)。

Task.ContinueWith() 的重載方法非常多，可以參考：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.task.continuewith?view=netcore-3.1#--

這里我們使用的構(gòu)造函數(shù)定義如下：

public Task ContinueWith(Action<Task> continuationAction);

一個(gè)簡(jiǎn)單的示例：

            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一個(gè)任務(wù)");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            });

            // 接下來(lái)第二個(gè)任務(wù)
            task.ContinueWith(t =>
            {
                Console.WriteLine($"     第二個(gè)任務(wù)}");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            });
            task.Start();

一個(gè)任務(wù)(Task) 是可以設(shè)置多個(gè)延續(xù)任務(wù)的，這些任務(wù)是并行的，例如：

        static void Main()
        {
            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一個(gè)任務(wù)");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            });

            // 任務(wù)①
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"    任務(wù)① ");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            });

            // 任務(wù)②
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"     任務(wù)②");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            });

            // 任務(wù)① 和 任務(wù)② 屬于同級(jí)并行任務(wù)

            task.Start();
            }

通過(guò)多次實(shí)現(xiàn)延續(xù)/組合任務(wù)，會(huì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)有力的任務(wù)流程。

復(fù)雜的延續(xù)任務(wù)

經(jīng)過(guò)上一小節(jié)，我們學(xué)習(xí)了 ContinueWith() 來(lái)延續(xù)任務(wù)，現(xiàn)在我們來(lái)學(xué)習(xí)更多的重載方法，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的延續(xù)。

ContinueWith() 重載方法很多，它們的參數(shù)都含有下面幾種參數(shù)之一或多個(gè)。

continuationAction

類型：Action 或 Func

一個(gè)要執(zhí)行的任務(wù)。

state

類型：Object

給延續(xù)任務(wù)傳遞的參數(shù)。

cancellationToken

類型：CancellationToken

取消標(biāo)記。

continuationOptions

類型：TaskContinuationOptions

控制延續(xù)任務(wù)的創(chuàng)建和特性。

scheduler

類型：TaskScheduler

要與延續(xù)任務(wù)關(guān)聯(lián)并用于其執(zhí)行過(guò)程的 TaskScheduler。

前面四個(gè)參數(shù)(類型)，在以往的文章中已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)，這里就不再贅述；TaskScheduler 類型，這里先講解，后面再說(shuō)。

注意 TaskCreationOptions 和 TaskContinuationOptions 的區(qū)別，在前一篇我們學(xué)習(xí)過(guò) TaskCreationOptions。這里來(lái)學(xué)習(xí) TaskContinuationOptions 。

TaskContinuationOptions 可以在以下重載上使用：

ContinueWith(Action, CancellationToken, TaskContinuationOptions, TaskScheduler)

ContinueWith(Action>, TaskContinuationOptions

在延續(xù)中，這樣使用是無(wú)效的：

            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一個(gè)任務(wù)");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            });
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"    任務(wù)① ");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            },TaskContinuationOptions.AttachedToParent);

因?yàn)?nbsp;TaskContinuationOptions 需要有嵌套關(guān)系的父子任務(wù)，才能生效。

正確使用方法：

        static void Main()
        {
            // 父子任務(wù)
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 子任務(wù)
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    Console.WriteLine("     內(nèi)層任務(wù)1");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);

                task1.ContinueWith(t =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    Console.WriteLine("內(nèi)層延續(xù)任務(wù)，也屬于子任務(wù)");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                }, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);

                task1.Start();

                Console.WriteLine("最外層任務(wù)");
                return 666;
            });

            task.Start();
            Console.WriteLine($"任務(wù)運(yùn)算結(jié)果是：{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");

            Console.ReadKey();
        }

file

并行(異步)處理任務(wù)

這里我們來(lái)學(xué)習(xí) Task.WhenAll() 方法的使用。

Task.WhenAll() ：等待提供的所有 Task 對(duì)象完成執(zhí)行過(guò)程

使用示例如下：

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任務(wù)開始執(zhí)行");
                }));

            // public static Task WhenAll(IEnumerable<Task> tasks);

            // 相當(dāng)于多個(gè)任務(wù)，生成一個(gè)任務(wù)
            Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
            // 不需要等待的話就去除
            taskOne.Wait();

            Console.ReadKey();
        }

Task taskOne = Task.WhenAll(tasks); 可以寫成 Task.WhenAll(tasks);，返回的 Task 對(duì)象可以用來(lái)判斷任務(wù)執(zhí)行情況。

要注意，下面這樣是無(wú)效的：

你可以修改上面的代碼進(jìn)行測(cè)試。

                tasks.Add(new Task(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任務(wù)開始執(zhí)行");
                }));

我也不知道為啥 new Task() 不行。。。

如果任務(wù)有返回值，則可以使用下面這種方法

        static void Main()
        {
            List<Task<int>> tasks = new List<Task<int>>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run<int>(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任務(wù)開始執(zhí)行");
                    return new Random().Next(0,10);
                }));

            Task<int[]> taskOne = Task.WhenAll(tasks);

            foreach (var item in taskOne.Result)
                Console.WriteLine(item);

            Console.ReadKey();
        }

并行(同步)處理任務(wù)

Task.WaitAll()：等待提供的所有 Task 對(duì)象完成執(zhí)行過(guò)程。

我們來(lái)看看 Task.WaitAll() 其中一個(gè)重載方法的定義：

public static bool WaitAll (Task[] tasks, int millisecondsTimeout, CancellationToken cancellationToken);

tasks 類型：Task[]

要執(zhí)行的所有任務(wù)。

millisecondsTimeout 任務(wù)：Int32

等待的毫秒數(shù)，-1 表示無(wú)限期等待。

cancellationToken 類型：CancellationToken

等待任務(wù)完成期間要觀察的 CancellationToken。

Task.WaitAll() 的示例如下：

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任務(wù)開始執(zhí)行");
                }));

            Task.WaitAll(tasks.ToArray());

            Console.ReadKey();
        }

Task.WaitAll() 會(huì)讓當(dāng)前線程等待所有任務(wù)執(zhí)行完畢。并且 Task.WaitAll() 是沒(méi)有泛型的，也么沒(méi)有返回結(jié)果。

并行任務(wù)的 Task.WhenAny

Task.WhenAny() 和 Task.WhenAll() 使用上差不多，Task.WhenAll() 當(dāng)所有任務(wù)都完成時(shí)，才算完成，而 Task.WhenAny() 只要其中一個(gè)任務(wù)完成，都算完成。

這一點(diǎn)可以參考上面的 父子任務(wù)。

參考使用示例如下：

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(new Random().Next(0, 5)));
                    Console.WriteLine("     正在執(zhí)行任務(wù)");
                }));
            Task taskOne = Task.WhenAny(tasks);
            taskOne.Wait(); // 任意一個(gè)任務(wù)完成，就可以解除等待

            Console.WriteLine("有任務(wù)已經(jīng)完成了");

            Console.ReadKey();
        }

當(dāng)然，Task.WhenAny() 也有泛型方法，可以返回結(jié)果。

并行任務(wù)狀態(tài)

Task.Status 屬性可以獲取任務(wù)的狀態(tài)。其屬性類型是一個(gè) TaskStatus 枚舉，其定義如下：

枚舉	值	說(shuō)明
Canceled	6	已經(jīng)通過(guò) CancellationToken 取消任務(wù)。
Created	0	該任務(wù)已初始化，但尚未被計(jì)劃。
Faulted	7	由于未處理異常的原因而完成的任務(wù)。
RanToCompletion	5	已成功完成執(zhí)行的任務(wù)。
Running	3	該任務(wù)正在運(yùn)行，但尚未完成。
WaitingForActivation	1	該任務(wù)正在等待 .NET Framework 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在內(nèi)部將其激活并進(jìn)行計(jì)劃。
WaitingForChildrenToComplete	4	該任務(wù)已完成執(zhí)行，正在隱式等待附加的子任務(wù)完成。
WaitingToRun	2	該任務(wù)已被計(jì)劃執(zhí)行，但尚未開始執(zhí)行。

在使用并行任務(wù)時(shí)，Task.Status 的值，有一定規(guī)律：

如果有其中一個(gè)任務(wù)出現(xiàn)未經(jīng)處理的異常，那么返回TaskStatus.Faulted；
如果所有任務(wù)都出現(xiàn)未經(jīng)處理的異常，會(huì)返回 TaskStatus. RanToCompletion ；
如果其中一個(gè)任務(wù)被取消(即使出現(xiàn)未經(jīng)處理的異常)，會(huì)返回 TaskStaus.Canceled；

循環(huán)中值變化問(wèn)題

請(qǐng)運(yùn)行測(cè)試下面兩個(gè)示例：

        static void Main()
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
                new Thread(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {i}");
                }).Start();

            Console.ReadKey();
        }

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {i}");
                }));
            Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
            taskOne.Wait();

            Console.ReadKey();
        }

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)示例的結(jié)果并不是 1,2,3,4,5，而是 5,5,5,5,5。

這個(gè)問(wèn)題稱為 Race condition(競(jìng)爭(zhēng)條件)，可以參考維基百科：

https://en.wikipedia.org/wiki/Race_condition

微軟文檔里面也有關(guān)于此問(wèn)題的說(shuō)明，請(qǐng)參考：

https://docs.microsoft.com/zh-cn/archive/blogs/ericlippert/closing-over-the-loop-variable-considered-harmful

由于 i 在整個(gè)生命周期，內(nèi)存都是在同一個(gè)位置，每個(gè)線程或任務(wù)對(duì)其值得使用，都是指向相同位置的。

這樣就行了：

        static void Main()
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                int tmp = i;
                new Thread(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {tmp}");
                }).Start();
            }

            Console.ReadKey();
        }

這樣是無(wú)效的：

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                new Thread(() =>
                {
                    int tmp = i;
                    Console.WriteLine($"i = {tmp}");
                }).Start();