C# 異步編程

時間 2019-12-18

標籤 c# 異步編程欄目 C# 简体版

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基於Task的異步編程模式（TAP）是Microsoft爲.Net平臺下使用Task進行編程所提供的一組建議，這種模式提供了能夠被await消耗（調用）方法的APIs，而且當使用async關鍵字編寫遵照這種模式的方法時，手寫Task一般頗有用。一般TAP用起來與普通方式沒什麼兩樣，可是不支持ref和out參數。html

任務和線程的區別：
一、任務是架構在線程之上的，也就是說任務最終仍是要拋給線程去執行。android

二、任務跟線程不是一對一的關係，好比開10個任務並非說會開10個線程，這一點任務有點相似線程池，可是任務相比線程池有很小的開銷和精確的控制。ios

三、Task的優點git

　　ThreadPool相比Thread來講具有了不少優點，可是ThreadPool卻又存在一些使用上的不方便。好比：
　　◆ ThreadPool不支持線程的取消、完成、失敗通知等交互性操做；
　　◆ ThreadPool不支持線程執行的前後次序；
以往，若是開發者要實現上述功能，須要完成不少額外的工做，如今，微軟提供了一個功能更強大的概念：Task。Task在線程池的基礎上進行了優化，並提供了更多的API。github

下面分析一理異步編程中的一些關鍵點編程

1.await

咱們都知道await關鍵字是.Net FrameWork4.5引入的特性。await使得咱們使用異步更加時特別便捷，而且還不會致使線程堵塞。咱們在使用時也就莫名其妙的使用。每每不知道爲何不會致使線程堵塞。在這裏，簡單的談論下await的一點原理。c#

在c#並行編程這本書中是這麼介紹await的：async方法在開始時以同步方式執行,在async方法內部,await關鍵字對它參數執行一個異步等待,它首先檢查操做是否已經完成,若是完成,就繼續運行(同步方式),不然,會暫停async方法,並返回.留下一個未完成的task，一段時間後,操做完成,async方法就恢復執行.api

看到這句話應該就差很少能想到await爲何不會致使線程堵塞了，當碰到await時若是沒有執行成功就先暫停這個方法的執行，執行方法外如下代碼，等await操做完成後再執行這個方法await以後的代碼。架構

1 private  void button1_Click(object sender, EventArgs e)
2 {
3       DemoAsync();
4       MessageBox.Show("同步代碼");
5 }

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運行後會發如今點擊button按鈕時窗體不能被移動了,而後等待了3秒鐘才彈出"同步代碼"這句話。異步

1 async Task DemoAsync()
2 {
3       await Task.Run(() => { Thread.Sleep(3000); });
4       Thread.Sleep(3000);
5 }

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再次運行就會神奇的發現,此時會先彈出"同步代碼"這局話,而後等待3秒後窗體就不能被移動。

2.Task

Task 類表示一般以異步方式執行的單個操做， Task 對象是基於任務的異步模式的中心組件之一。因爲 Task 對象執行的工做一般在線程池線程上異步執行，而不是在主應用程序線程上同步執行，所以可使用 Status 屬性，還可使用 IsCanceled、IsCompleted和 IsFaulted 屬性，用於肯定任務的狀態。一般，lambda 表達式用於指定任務要執行的工做。能夠經過多種方式建立 Task 實例。最多見的方法（從 .NET Framework 4.5開始提供）是調用靜態 Run 方法。 Run 方法提供一種簡單的方法來使用默認值啓動任務，而無需其餘參數。Task 類還提供了初始化任務的構造函數，但不計劃執行該任務。出於性能緣由，Task.Run 或 TaskFactory.StartNew 方法是用於建立和計劃計算任務的首選機制，但對於必須分隔建立和計劃的狀況，可使用構造函數，而後調用 Task.Start用於計劃任務稍後執行的方法。由於任務一般在線程池線程上以異步方式運行，因此，建立和啓動任務的線程會在實例化任務後當即繼續執行。在某些狀況下，當調用線程是主應用程序線程時，應用程序可能會在任何任務實際開始執行以前終止。在其餘狀況下，應用程序的邏輯可能要求調用線程在一個或多個任務完成執行時繼續執行。能夠經過調用 Wait 方法來等待一個或多個任務完成，從而同步調用線程的執行以及它啓動的異步任務。若要等待單個任務完成，能夠調用其 Task.Wait 方法。 Wait(Int32) 和 Wait(TimeSpan) 方法會阻止調用線程，直到任務完成或超時間隔結束。

須要注意的是，Task中的方法通常是不會將異常拋出的，哪怕是Task<T>這種，這須要開發人員自行處理。不過若是獲取Task<T>.Result則會將任務內的異常拋出來；

 1 public static async Task<string> Hello(int a=0)
 2 {
 3     return await Task.Run(async () =>
 4     {
 5         await Task.Delay(1000).ConfigureAwait(true);
 6 
 7         return $"Hello {10/a}";
 8 
 9     }).ConfigureAwait(true);
10 }
11 //不會報異常
12 Hello(0);
13 //會報異常
14 var a1=  Hello(0).Result;

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Task.Factory提供了更多參數的Task建立方式以支持自定義的Task，好比：Task,Factory.StartNew(Action action, CancellationToken cancellationToken, TaskCreationOptions creationOptions, TaskScheduler scheduler)就支持指定取消通知參數、任務建立模式，指定任務調度器；其中TaskCreationOptions參數意義以下：

AttachedToParent	4	指定將任務附加到任務層次結構中的某個父級。默認狀況下，子任務（即由外部任務建立的內部任務）將獨立於其父任務執行。可使用 AttachedToParent 選項以便將父任務和子任務同步。請注意，若是使用 DenyChildAttach 選項配置父任務，則子任務中的 AttachedToParent 選項不起做用，而且子任務將做爲分離的子任務執行。有關詳細信息，請參閱附加和分離的子任務。
DenyChildAttach	8	指定任未嘗試做爲附加的子任務執行（即，使用 AttachedToParent 選項建立）的子任務都沒法附加到父任務，會改爲做爲分離的子任務執行。有關詳細信息，請參閱附加和分離的子任務。
HideScheduler	16	防止環境計劃程序被視爲已建立任務的當前計劃程序。這意味着像 StartNew 或 ContinueWith 建立任務的執行操做將被視爲 Default 當前計劃程序。
LongRunning	2	指定任務將是長時間運行的、粗粒度的操做，涉及比細化的系統更少、更大的組件。它會向 TaskScheduler 提示，過分訂閱多是合理的。能夠經過過分訂閱建立比可用硬件線程數更多的線程。它還將提示任務計劃程序：該任務須要附加線程，以使任務不阻塞本地線程池隊列中其餘線程或工做項的向前推進。
None	0	指定應使用默認行爲。
PreferFairness	1	提示 TaskScheduler 以一種儘量公平的方式安排任務，這意味着較早安排的任務將更可能較早運行，而較晚安排運行的任務將更可能較晚運行。
RunContinuationsAsynchronously	64	強制異步執行添加到當前任務的延續任務。請注意，RunContinuationsAsynchronously 成員在以 .NET Framework 4.6 開頭的 TaskCreationOptions 枚舉中可用。

3.Task.ConfigureAwait

在Task裏中有ConfigureAwait這麼一個方法,這個方法是幹什麼的呢,咱們先看下方法註釋是怎麼解釋這個方法的：" 嘗試將延續任務封送回原始上下文，則爲 true；不然爲 false。" 光看這段代碼並看不出什麼，而後咱們再看這麼一段話："一個async方法是由多個同步執行的程序塊組成.每一個同步程序塊之間由await語句分隔.用await語句等待一個任務完成.當該方法在await處暫停時,就能夠捕捉上下文(context).若是當前SynchronizationContext不爲空,這個上下文就是當前SynchronizationContext.若是爲空,則這個上下文爲當前TaskScheduler.該方法會在這個上下文中繼續運行.通常來講,運行UI線程時採用UI上下文,處理ASP.NET請求時採用ASP.NET請求上下文,其它不少狀況則採用線程池上下文。" 這句話已經基本講明瞭其實後續代碼會下上文中執行。這個上下文通常時UI上下文（運行在UI上）或請求上下文（ASP.NET) 這兩個能夠說時原始上下文，而其它狀況採用線程池上下文，也就是開闢一個新線程。這麼說也就是ConfigureAwait方法是將後續代碼是送到原始上下文仍是線程池上下文中。

下面稍微修改下剛纔的方法：

1 async Task DemoAsync()
2 {
3      //將後續代碼交給線程池執行
4      await Task.Run(() => { Thread.Sleep(3000); }).ConfigureAwait(false);
5      Thread.Sleep(3000);
6 }

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ConfigureAwait(false)將後續代碼交給線程池來執行,也就是上面的Thread.Sleep並不會阻塞窗體。

4.Task.Delay

在異步編程中，通常不建議使用Thread.Sleep，而是使用粒度更小的Task.Delay；Thread.Sleep、Thread.Yeild等會讓當前工做線程阻塞，而Task.Delay可讓當前線程空出來去完成其餘的Task。

 1       CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
 2 
 3       var t = Task.Run(async delegate
 4               {
 5                  await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1.5), source.Token);
 6                  return 42;
 7               });
 8       source.Cancel();
 9       try {
10          t.Wait();
11       }
12       catch (AggregateException ae) {
13          foreach (var e in ae.InnerExceptions)
14             Console.WriteLine("{0}: {1}", e.GetType().Name, e.Message);
15       }

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5.SemaphoreSlim

表示對可同時訪問資源或資源池的線程數加以限制的 Semaphore 的輕量替代， SemaphoreSlim類是用於在單個應用內進行同步的建議信號量。在異步編程過程當中，建議使用SemaphoreSlim.Wait()、SemaphoreSlim.Release()來替換Lock，由於lock只能由當前線程來解鎖，而SemaphoreSlim能夠由任意線程來解鎖。

6.CancellationTokenSource

啓動一個Task去作一些事，若是但願它在某個階段去被動的中止，可使用這個CancellationTokenSource對象，把它注入到Task裏，使用當外界觸發Cancel()方法或設置了超時時，這個Task就會被取消。一般和CancellationToken.IsCancellationRequested一塊兒配合Task來使用。

 1         public static async void Loop(int timeOut = 5 * 1000)
 2         {
 3             using (CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource(timeOut))
 4             {
 5                 CancellationToken token = source.Token;
 6 
 7                 //匿名異步方法
 8                 var task1 = Task.Run(async () =>
 9                 {
10                     while (!token.IsCancellationRequested)
11                     {
12                         Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()}\t TaskTest Loop");
13                         await Task.Delay(1000).ConfigureAwait(false);
14                     }
15                     Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()}\t TaskTest Loop Timeout Stoped");
16                 }, token);
17 
18                 await Task.WhenAll(task1).ConfigureAwait(false);
19             }
20         }

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也能夠CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource來關聯多個CancellationTokenSource

 1 using (CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource())
 2 {
 3     var cancellationToken = cts.Token;
 4 
 5     using (CancellationTokenSource timeoutSource = new CancellationTokenSource(timeOut * 1000))
 6 
 7     using (CancellationTokenSource linkSource = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(timeoutSource.Token, cancellationToken))
 8     {
 9         var task = Task.Run(() =>
10         {
11             ...
12         }, linkSource.Token);
13 
14         //引起異步異常
15         if (a == 10)
16         {
17             cts.Cancel();
18         }
19 
20         return await task2.ConfigureAwait(true);
21     }
22 }

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7.TaskCompletionSource

表示未綁定到委託的 Task<TResult> 的製造者方，並經過 Task 屬性提供對使用者方的訪問。從這個官方解釋上看不出這個到底有什麼做用，其實這是一種受用者控制建立Task的方式。你可使Task在任何你想要的時候完成，你也能夠在任何地方給它一個異常讓它失敗。這個能夠實現事件通知相似的功能；具體就是說TaskCompletionSource若是不進行SetResult或SetException的時候，TaskCompletionSource所委託的的Task是不會有Result,這個Task會一直等待TaskCompletionSource來賦值；這樣就極大的簡化了異步事件或異步通知的實現。

 1 public static async Task<int> SetValue(int a = 1)
 2 {
 3     var sw = Stopwatch.StartNew();
 4 
 5     TaskCompletionSource<int> tcs = new TaskCompletionSource<int>();
 6 
 7     await Task.Run(async () =>
 8     {
 9         try
10         {
11             await Task.Delay(10 * 1000).ConfigureAwait(true);
12             //此處若不賦值，測tcs.Task.Result會一直等待
13             tcs.SetResult(10 / a);
14         }
15         catch (Exception ex)
16         {
17             tcs.SetException(ex);
18         }
19     }).ConfigureAwait(true);
20 
21 
22     return await Task.Run(() =>
23     {
24         int result = 0;
25         try
26         {
27             result = tcs.Task.Result;
28 
29             Console.WriteLine("tcs取值成功！");
30         }
31         catch (AggregateException e)
32         {
33             Console.WriteLine("tcs異常");
34 
35             for (int j = 0; j < e.InnerExceptions.Count; j++)
36             {
37                 Console.WriteLine($"\n-------------------------------------------------\n{e.InnerExceptions[j].ToString()}\n-------------------------------------------------\n");
38             }
39         }
40         sw.Stop();
41         Console.WriteLine($"(ElapsedTime={sw.ElapsedMilliseconds})");
42         return result;
43     }).ConfigureAwait(true);
44 }

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