並行編程和任務（二）

前言

　　上一篇咱們主要介紹了並行編程相關的知識，這一節咱們繼續介紹關於任務相關的知識。爲了更好的控制並行操做，咱們可使用System.Threading.Tasks中的Task類。咱們首先來了解是什麼是任務——任務表示將要完成的一個或某個工做單元，這個工做單元能夠在單獨線程中運行，也可使用同步方式啓動運行（須要等待主線程調用）。爲何使用任務呢？——任務不只能夠得到一個抽象層（將要完成的工做單元）、還能夠對底層的線程運行進行更好更多的控制（任務的運行）。

使用線程池的任務

　　咱們講到使用任務能夠更好更多的控制底層的線程。就涉及到——線程池，線程池提供的是一個後臺線程的池。線程池獨自管理線程、根據需求增長或減小線程數。使用完成的線程返回至線程池中。咱們下面就看看建立任務：

咱們看下建立任務的幾種方式：

一、使用實例化的TaskFactory類，而後使用其StartNew方法啓動任務。

二、使用Task靜態的Factory以來訪問TaskFactory，而後調用StartNew方法啓動任務。與第一種類似，可是對工廠的建立的控制就沒那麼全面。

三、使用Task的構造函數，實例化Task對象來指定建立任務，而後經過Start（）方法進行啓動任務。

四、使用Task.Run方法來當即啓動任務。

　　咱們看下以上方法建立的任務有何區別和相同吧，看代碼：

        private static object _lock = new object();
　　　　 public static void TaskMethond(object item) { lock (_lock) { Console.WriteLine(item?.ToString()); Console.WriteLine($"任務Id：{Task.CurrentId?.ToString() ?? "沒有任務運行"}\t 線程Id：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Console.WriteLine($"是不是線程池中的線程：{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}"); Console.WriteLine($"是不是後臺線程：{Thread.CurrentThread.IsBackground}"); Console.WriteLine(); } } #region 任務建立
        public static void TaskCreateRun() { var taskFactory = new TaskFactory(); var task1 = taskFactory.StartNew(TaskMethond, "使用實例化TaskFactory"); var task2 = Task.Factory.StartNew(TaskMethond, "使用Task靜態調用Factory"); var task3 = new Task(TaskMethond, "使用Task構造函數實例化"); task3.Start(); var task4 = Task.Run(() => TaskMethond("使用Task.Run")); } #endregion

　　咱們看代碼運行的結果，發現無論使用的那種方法建立任務，都是使用過的線程池中的線程。

使用單獨線程的任務

　　任務固然也不必定就是使用線程池中的線程運行的，也是可使用其餘線程的。若是任務的將長時間運行的話，咱們儘量的考慮使用單獨線程運行（TaskCreationOptions.LongRunning），這個狀況下線程就不禁線程池管理。咱們看下不使用線程池中線程運行，使用單獨線程運行的任務。

        #region 單獨線程運行任務
        public static void OnlyThreadRun() { var task1 = new Task(TaskMethond, "單獨線程運行任務", TaskCreationOptions.LongRunning); task1.Start(); } #endregion

　　咱們看其運行結果，依舊是後臺線程，可是不是使用的線程池中的線程。

使用同步任務

同時任務也能夠同步運行，以相同的線程做爲調用線程，下面咱們看下使用Task類中的RunSynchronoushly方法實現同步運行。

 

        #region 同步任務

        public static void TaskRunSynchronoushly() { TaskMethond("主線程調用"); var task1 = new Task(TaskMethond, "任務同步調用"); task1.RunSynchronously(); } #endregion

 

 

咱們看運行結果，發現首先調用TaskMethond方法時候沒有任務而且使用的線程1，再咱們建立Task實例運行TaskMethond方法的時候，任務id是1，可是線程咱們依然使用的是主線程1。 

連續任務

在任務中，咱們能夠指定在某個任務完成後，應該立刻開始另一個任務。比如一個任務完成以後應該繼續其處理。可是失敗後咱們應該進行一些處理工做。

咱們可使用ContinueWith()方法來定義使用連續任務，表示某任務以後應該開始其餘任務，咱們也能夠指定任務成功後開始某個任務或者失敗後開啓某個任務（TaskContinuationOptions）。

        #region 連續任務
        public static void TaskOne() { Console.WriteLine($"任務{Task.CurrentId},方法名：{System.Reflection.MethodBase.GetCurrentMethod().Name }啓動"); Task.Delay(1000).Wait(); Console.WriteLine($"任務{Task.CurrentId},方法名：{System.Reflection.MethodBase.GetCurrentMethod().Name }結束"); } public static void TaskTwo(Task task) { Console.WriteLine($"任務{task.Id}以及結束了"); Console.WriteLine($"如今開始的 任務是任務{Task.CurrentId},方法名稱：{System.Reflection.MethodBase.GetCurrentMethod().Name } "); Console.WriteLine($"任務處理"); Task.Delay(1000).Wait(); } public static void TaskThree(Task task) { Console.WriteLine($"任務{task.Id}以及結束了"); Console.WriteLine($"如今開始的 任務是任務{Task.CurrentId}.方法名稱：{System.Reflection.MethodBase.GetCurrentMethod().Name } "); Console.WriteLine($"任務處理"); Task.Delay(1000).Wait(); } public static void ContinueTask() { Task task1 = new Task(TaskOne); Task task2 = task1.ContinueWith(TaskTwo, TaskContinuationOptions.OnlyOnRanToCompletion);//已完成狀況下繼續任務
            Task task3 = task1.ContinueWith(TaskThree, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);//出現未處理異常狀況下繼續任務
 task1.Start(); } #endregion

咱們看代碼中寫的是先開始運行TaskOne()，而後當任務完成後運行TaskTwo(Task task) ,若是任務失敗的話機會運行TaskThree(Task task)。咱們看運行結果中是運行了TaskOne()而後成功後運行了TaskTwo(Task task)，避開了TaskThree(Task task)的運行，因此咱們是能夠經過ContinueWith來進行連續任務和TaskContinuationOptions進行控制任務運行的。

任務層次—父子層次結構

這裏咱們利用任務的連續性，我就就能夠實如今一個任務結束後當即開啓另外一個任務，任務也能夠構成一個層次結構。就好比一個任務中啓動了一個任務，這樣的狀況就造成了父子層次的結構。下面咱們看的案例就是這麼一個案例。

 

        #region 任務的層次結構——父子層次結構
        public static void ChildTask() { Console.WriteLine("當前運行的子任務，開啓"); Task.Delay(5000).Wait(); Console.WriteLine("子任務運行結束"); } public static void ParentTask() { Console.WriteLine("父級任務開啓"); var child = new Task(ChildTask); child.Start(); Task.Delay(1000).Wait(); Console.WriteLine("父級任務結束"); } public static void ParentAndChildTask() { var parent = new Task(ParentTask); parent.Start(); Task.Delay(2000).Wait(); Console.WriteLine($"父級任務的狀態 :{parent.Status}"); Task.Delay(4000).Wait(); Console.WriteLine($"父級任務的狀態 ：{parent.Status}"); } #endregion

 

 

等待任務

　　在前面問介紹的.Net異步編程中咱們講到了WhenAll，用於處理多個異步方法。在這裏咱們繼續擴展點，WhenAll()和WaitAll()，都是等待傳遞給他們的任務完成。可是WaitAll()方法阻塞調用任務，知道全部任務完成爲止，而WhenAll()返回了一個任務，從而可使用async關鍵在等待結果。不會阻塞任務。與之相對應的也還有WaitAny()和WhenAn()。等待任務還有咱們一直都用到了的Task.Delay()方法，指定這個方法放回的任務前要等待的毫秒數。

　　下面咱們看這個ValueTask等待類型（結構），相對於Task類來講，ValueTask沒有堆中對象的開銷。在通常狀況下，Task類型的開銷能夠被忽略掉，可是在一些特殊狀況下，例如方法被調用千次萬次來看。這種狀況ValueTask就變得很適用了。咱們看下面這個案例，使用ValueTask時，在五秒內的狀況下直接從它的構造函數返回值。若是時間不在五秒內的話就使用真正獲取數據的方法。而後咱們與使用Task的方法進行對比。這裏咱們採起十萬條數據的測試對比。

        #region 等待任務
        private static DateTime _time; private static List<string> _data; public static async ValueTask<List<string>> GetStringDicAsync() { if (_time >= DateTime.Now.AddSeconds(-5)) { return await new ValueTask<List<string>>(_data); } else { (_data, _time) = await GetData(); return _data; } } public static Task<(List<string> data, DateTime time)> GetData() => Task.FromResult( (Enumerable.Range(0, 10).Select(x => $"itemString{x}").ToList(), DateTime.Now)); public static async Task<List<string>> GetStringList() { (_data, _time) = await GetData(); return _data; } #endregion

        static async Task  Main(string[] args) { Stopwatch stopwatch = new Stopwatch(); stopwatch.Start(); Console.WriteLine("ValueTask開始"); for (int i = 0; i < 100000; i++) { var itemList= await GetStringDicAsync(); } Console.WriteLine("ValueTask結束"); Console.WriteLine($"ValueTask耗時：{stopwatch.ElapsedMilliseconds}"); Console.WriteLine(); Console.WriteLine(); stopwatch.Restart(); Console.WriteLine("Task開始"); for (int i = 0; i < 100000; i++) { var itemList = await GetStringList(); } Console.WriteLine("Task結束"); Console.WriteLine($"Task耗時：{stopwatch.ElapsedMilliseconds}"); Console.ReadLine(); }

　　咱們看其運行結果，使用Task和ValueTask的運行結果耗時相差是巨大的。因此在一些特殊狀況下使用ValueTask或許會更加的適用。

總結

　　今天咱們介紹了關於任務相關的一些知識概念。咱們結合上一篇文章咱們來梳理一些任務、線程、多線程、異步、同步、併發、並行任務之間的聯繫與關係吧。

　　首先咱們看咱們這章節學習的任務、任務是一個將要完成的工做單元，那麼由誰完成呢？由線程來運行這個任務。那麼關於多線程呢？多線程應該能夠說是一個設計概念，用來實現線程切換的。多線程就能夠運行多個任務，可是在併發中。在同一時間內只能有一個程序運行。只不過線程間切換速度極快，讓它看起來彷佛是在同一時間運行了多個程序。其實在微觀上講，併發在任意時間點只有一個程序在運行，只不過是線程切換速度快。那麼怎麼達到切換速度極快呢？這就須要異步了。在線程運行的時候不須要等到它完成結果再去繼續其餘的線程任務。也就是可等待的。實現A運行起來不等待其結果，而後切換到B繼續運行。這樣切換速度就極快了。咱們再仔細看多線程切換線程彷佛成了實現異步的一種方法手段了。有異步就有同步，同步來講就不須要使用到多線程了，不必。反正等到上一個任務運行完成。就繼續使用上一個線程繼續運行。這裏都是講的併發中的狀況。那麼並行呢？並行能夠說無論在微觀仍是宏觀上都是能夠實現一個時間運行多個程序的。併發是多個程序運行在一個處理機上，可是並行任務是運行在多個處理機上。例如實現四個任務並行，那麼咱們至少須要四個邏輯處理內核的配合才能到達。

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