async 和 await 出如今C# 5.0以後，給並行編程帶來了很多的方便，特別是當在MVC中的Action也變成async以後，有點開始什麼都是async的味道了。可是這也給咱們編程埋下了一些隱患，有時候可能會產生一些咱們本身都不知道怎麼產生的Bug，特別是若是連線程基礎沒有理解的狀況下，更不知道如何去處理了。那今天咱們就來好好看看這兩兄弟和他們的叔叔（Task）爺爺(Thread)們到底有什麼區別和特色，本文將會對Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await，這三種方式下的並行編程做一個歸納性的介紹包括：開啓線程，線程結果返回，線程停止，線程中的異常處理等。html
內容索引
建立
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static
void
Main(){
new
Thread(Go).Start();
// .NET 1.0開始就有的
Task.Factory.StartNew(Go);
// .NET 4.0 引入了 TPL
Task.Run(
new
Action(Go));
// .NET 4.5 新增了一個Run的方法
}
public
static
void
Go(){
Console.WriteLine(
"我是另外一個線程"
);
}
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這裏面須要注意的是，建立Thread的實例以後，須要手動調用它的Start方法將其啓動。可是對於Task來講，StartNew和Run的同時，既會建立新的線程，而且會當即啓動它。編程
線程池
線程的建立是比較佔用資源的一件事情，.NET 爲咱們提供了線程池來幫助咱們建立和管理線程。Task是默認會直接使用線程池，可是Thread不會。若是咱們不使用Task，又想用線程池的話，可使用ThreadPool類。安全
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static
void
Main() {
Console.WriteLine(
"我是主線程：Thread Id {0}"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go);
Console.ReadLine();
}
public
static
void
Go(
object
data) {
Console.WriteLine(
"我是另外一個線程:Thread Id {0}"
,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
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傳入參數
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static
void
Main() {
new
Thread(Go).Start(
"arg1"
);
// 沒有匿名委託以前，咱們只能這樣傳入一個object的參數
new
Thread(
delegate
(){
// 有了匿名委託以後...
GoGoGo(
"arg1"
,
"arg2"
,
"arg3"
);
});
new
Thread(() => {
// 固然,還有 Lambada
GoGoGo(
"arg1"
,
"arg2"
,
"arg3"
);
}).Start();
Task.Run(() =>{
// Task能這麼靈活，也是由於有了Lambda呀。
GoGoGo(
"arg1"
,
"arg2"
,
"arg3"
);
});
}
public
static
void
Go(
object
name){
// TODO
}
public
static
void
GoGoGo(
string
arg1,
string
arg2,
string
arg3){
// TODO
}
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返回值
Thead是不能返回值的，可是做爲更高級的Task固然要彌補一下這個功能。async
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static
void
Main() {
// GetDayOfThisWeek 運行在另一個線程中
var
dayName = Task.Run<
string
>(() => {
return
GetDayOfThisWeek(); });
Console.WriteLine(
"今天是：{0}"
,dayName.Result);
}
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共享數據
上面說了參數和返回值，咱們來看一下線程之間共享數據的問題。post
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private
static
bool
_isDone =
false
;
static
void
Main(){
new
Thread(Done).Start();
new
Thread(Done).Start();
}
static
void
Done(){
if
(!_isDone) {
_isDone =
true
;
// 第二個線程來的時候，就不會再執行了(也不是絕對的，取決於計算機的CPU數量以及當時的運行狀況)
Console.WriteLine(
"Done"
);
}
}
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線程之間能夠經過static變量來共享數據。spa
線程安全
咱們先把上面的代碼小小的調整一下，就知道什麼是線程安全了。咱們把Done方法中的兩句話對換了一下位置 。.net
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private
static
bool
_isDone =
false
;
static
void
Main(){
new
Thread(Done).Start();
new
Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static
void
Done(){
if
(!_isDone) {
Console.WriteLine(
"Done"
);
// 猜猜這裏面會被執行幾回？
_isDone =
true
;
}
}
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上面這種狀況不會一直髮生，可是若是你運氣好的話，就會中獎了。由於第一個線程尚未來得及把_isDone設置成true，第二個線程就進來了，而這不是咱們想要的結果，在多個線程下，結果不是咱們的預期結果，這就是線程不安全。線程
鎖
要解決上面遇到的問題，咱們就要用到鎖。鎖的類型有獨佔鎖，互斥鎖，以及讀寫鎖等，咱們這裏就簡單演示一下獨佔鎖。翻譯
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private
static
bool
_isDone =
false
;
private
static
object
_lock =
new
object
();
static
void
Main(){
new
Thread(Done).Start();
new
Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static
void
Done(){
lock
(_lock){
if
(!_isDone){
Console.WriteLine(
"Done"
);
// 猜猜這裏面會被執行幾回？
_isDone =
true
;
}
}
}
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再咱們加上鎖以後，被鎖住的代碼在同一個時間內只容許一個線程訪問，其它的線程會被阻塞，只有等到這個鎖被釋放以後其它的線程才能執行被鎖住的代碼。3d
Semaphore 信號量
我實在不知道這個單詞應該怎麼翻譯，從官方的解釋來看，咱們能夠這樣理解。它能夠控制對某一段代碼或者對某個資源訪問的線程的數量，超過這個數量以後，其它的線程就得等待，只有等如今有線程釋放了以後，下面的線程才能訪問。這個跟鎖有類似的功能，只不過不是獨佔的，它容許必定數量的線程同時訪問。
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static
SemaphoreSlim _sem =
new
SemaphoreSlim(3);
// 咱們限制能同時訪問的線程數量是3
static
void
Main(){
for
(
int
i = 1; i <= 5; i++)
new
Thread(Enter).Start(i);
Console.ReadLine();
}
static
void
Enter(
object
id){
Console.WriteLine(id +
" 開始排隊..."
);
_sem.Wait();
Console.WriteLine(id +
" 開始執行！"
);
Thread.Sleep(1000 * (
int
)id);
Console.WriteLine(id +
" 執行完畢，離開！"
);
_sem.Release();
}
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在最開始的時候，前3個排隊以後就當即進入執行，可是4和5，只有等到有線程退出以後才能夠執行。
異常處理
其它線程的異常，主線程能夠捕獲到麼？
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public
static
void
Main(){
try
{
new
Thread(Go).Start();
}
catch
(Exception ex){
// 其它線程裏面的異常，咱們這裏面是捕獲不到的。
Console.WriteLine(
"Exception!"
);
}
}
static
void
Go() {
throw
null
; }
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那麼升級了的Task呢？
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public
static
void
Main(){
try
{
var
task = Task.Run(() => { Go(); });
task.Wait();
// 在調用了這句話以後，主線程才能捕獲task裏面的異常
// 對於有返回值的Task, 咱們接收了它的返回值就不須要再調用Wait方法了
// GetName 裏面的異常咱們也能夠捕獲到
var
task2 = Task.Run(() => {
return
GetName(); });
var
name = task2.Result;
}
catch
(Exception ex){
Console.WriteLine(
"Exception!"
);
}
}
static
void
Go() {
throw
null
; }
static
string
GetName() {
throw
null
; }
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一個小例子認識async & await
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static
void
Main(
string
[] args){
Test();
// 這個方法實際上是多餘的, 原本能夠直接寫下面的方法
// await GetName()
// 可是因爲控制檯的入口方法不支持async,全部咱們在入口方法裏面不能 用 await
Console.WriteLine(
"Current Thread Id :{0}"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
static
async Task Test(){
// 方法打上async關鍵字，就能夠用await調用一樣打上async的方法
// await 後面的方法將在另一個線程中執行
await GetName();
}
static
async Task GetName(){
// Delay 方法來自於.net 4.5
await Task.Delay(1000);
// 返回值前面加 async 以後，方法裏面就能夠用await了
Console.WriteLine(
"Current Thread Id :{0}"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine(
"In antoher thread....."
);
}
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await 的原形
await後的的執行順序
感謝 locus的指正， await 以後不會開啓新的線程(await 歷來不會開啓新的線程)，因此上面的圖是有一點問題的。
await 不會開啓新的線程，當前線程會一直往下走直到遇到真正的Async方法（好比說HttpClient.GetStringAsync），這個方法的內部會用Task.Run或者Task.Factory.StartNew 去開啓線程。也就是若是方法不是.NET爲咱們提供的Async方法，咱們須要本身建立Task，纔會真正的去建立線程。
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static
void
Main(
string
[] args)
{
Console.WriteLine(
"Main Thread Id: {0}\r\n"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Test();
Console.ReadLine();
}
static
async Task Test()
{
Console.WriteLine(
"Before calling GetName, Thread Id: {0}\r\n"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
var
name = GetName();
//咱們這裏沒有用 await,因此下面的代碼能夠繼續執行
// 可是若是上面是 await GetName()，下面的代碼就不會當即執行，輸出結果就不同了。
Console.WriteLine(
"End calling GetName.\r\n"
);
Console.WriteLine(
"Get result from GetName: {0}"
, await name);
}
static
async Task<
string
> GetName()
{
// 這裏仍是主線程
Console.WriteLine(
"Before calling Task.Run, current thread Id is: {0}"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return
await Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine(
"'GetName' Thread Id: {0}"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return
"Jesse"
;
});
}
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咱們再來看一下那張圖：
- 進入主線程開始執行
- 調用async方法，返回一個Task，注意這個時候另一個線程已經開始運行，也就是GetName裏面的 Task 已經開始工做了
- 主線程繼續往下走
- 第3步和第4步是同時進行的，主線程並無掛起等待
- 若是另外一個線程已經執行完畢，name.IsCompleted=true，主線程仍然不用掛起，直接拿結果就能夠了。若是另外一個線程還同有執行完畢, name.IsCompleted=false，那麼主線程會掛起等待，直到返回結果爲止。
只有async方法在調用前才能加await麼？
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static
void
Main(){
Test();
Console.ReadLine();
}
static
async
void
Test(){
Task<
string
> task = Task.Run(() =>{
Thread.Sleep(5000);
return
"Hello World"
;
});
string
str = await task;
//5 秒以後纔會執行這裏
Console.WriteLine(str);
}
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答案很明顯：await並非針對於async的方法，而是針對async方法所返回給咱們的Task，這也是爲何全部的async方法都必須返回給咱們Task。因此咱們一樣能夠在Task前面也加上await關鍵字，這樣作其實是告訴編譯器我須要等這個Task的返回值或者等這個Task執行完畢以後才能繼續往下走。
不用await關鍵字，如何確認Task執行完畢了？
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static
void
Main(){
var
task = Task.Run(() =>{
return
GetName();
});
task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{
// 2 秒以後纔會執行這裏
var
name = task.Result;
Console.WriteLine(
"My name is: "
+ name);
});
Console.WriteLine(
"主線程執行完畢"
);
Console.ReadLine();
}
static
string
GetName(){
Console.WriteLine(
"另一個線程在獲取名稱"
);
Thread.Sleep(2000);
return
"Jesse"
;
}
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Task.GetAwaiter()和await Task 的區別？
- 加上await關鍵字以後，後面的代碼會被掛起等待，直到task執行完畢有返回值的時候纔會繼續向下執行，這一段時間主線程會處於掛起狀態。
- GetAwaiter方法會返回一個awaitable的對象（繼承了INotifyCompletion.OnCompleted方法）咱們只是傳遞了一個委託進去，等task完成了就會執行這個委託，可是並不會影響主線程，下面的代碼會當即執行。這也是爲何咱們結果裏面第一句話會是 「主線程執行完畢」！
Task如何讓主線程掛起等待？
上面的右邊是屬於沒有掛起主線程的狀況，和咱們的await仍然有一點差異，那麼在獲取Task的結果前如何掛起主線程呢？
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static
void
Main(){
var
task = Task.Run(() =>{
return
GetName();
});
var
name = task.GetAwaiter().GetResult();
Console.WriteLine(
"My name is:{0}"
,name);
Console.WriteLine(
"主線程執行完畢"
);
Console.ReadLine();
}
static
string
GetName(){
Console.WriteLine(
"另一個線程在獲取名稱"
);
Thread.Sleep(2000);
return
"Jesse"
;
}
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Task.GetAwait()方法會給咱們返回一個awaitable的對象，經過調用這個對象的GetResult方法就會掛起主線程，固然也不是全部的狀況都會掛起。還記得咱們Task的特性麼？ 在一開始的時候就啓動了另外一個線程去執行這個Task，當咱們調用它的結果的時候若是這個Task已經執行完畢，主線程是不用等待能夠直接拿其結果的，若是沒有執行完畢那主線程就得掛起等待了。
await 實質是在調用awaitable對象的GetResult方法
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async Task Test(){
Task<
string
> task = Task.Run(() =>{
Console.WriteLine(
"另外一個線程在運行！"
);
// 這句話只會被執行一次
Thread.Sleep(2000);
return
"Hello World"
;
});
// 這裏主線程會掛起等待，直到task執行完畢咱們拿到返回結果
var
result = task.GetAwaiter().GetResult();
// 這裏不會掛起等待，由於task已經執行完了，咱們能夠直接拿到結果
var
result2 = await task;
Console.WriteLine(str);
}
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到此爲止，await就真相大白了，歡迎點評。Enjoy Coding! :)