細說.NET中的多線程 (三 使用Task)

 

上一節我們介紹了線程池相關的概念以及用法。我們可以發現ThreadPool. QueueUserWorkItem是一種起了線程之后就不管了的做法。但是實際應用過程，我們往往會有更多的需求，比如如果更簡單的知道線程池里面的某些線程什么時候結束，線程結束后如何執行別的任務。Task可以說是ThreadPool的升級版，在線程任務調度，並行編程中都有很大的作用。

創建並且初始化Task

使用lambda表達式創建Task

            Task.Factory.StartNew(() => Console.WriteLine("Hello from a task!"));

            var task = new Task(() => Console.Write("Hello"));
            task.Start();

　　

用默認參數的委托創建Task

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace MultiThread
{
    class ThreadTest
    {
        static void Main()
        {
            var task = Task.Factory.StartNew(state => Greet("Hello"), "Greeting");
            Console.WriteLine(task.AsyncState);   // Greeting
            task.Wait();
        }

        static void Greet(string message) { Console.Write(message); }

    }
}

　　

這種方式的一個優點是，task.AsyncState作為一個內置的屬性，可以在不同線程中獲取參數的狀態。

System.Threading.Tasks.TaskCreateOptions

創建Task的時候，我們可以指定創建Task的一些相關選項。在.Net 4.0中，有如下選項：

LongRunning

用來表示這個Task是長期運行的，這個參數更適合block線程。LongRunning線程一般回收的周期會比較長，因此CLR可能不會把它放到線程池中進行管理。

PreferFairness

表示讓Task盡量以公平的方式運行，避免出現某些線程運行過快或者過慢的情況。

AttachedToParent

表示創建的Task是當前線程所在Task的子任務。這一個用途也很常見。

下面的代碼是創建子任務的示例：

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace MultiThread
{
    class ThreadTest
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            Task parent = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("I am a parent");

                Task.Factory.StartNew(() =>        // Detached task
                {
                    Console.WriteLine("I am detached");
                });

                Task.Factory.StartNew(() =>        // Child task
                {
                    Console.WriteLine("I am a child");
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
            });

            parent.Wait();

            Console.ReadLine();
        }

    }
}

　　

如果你等待你一個任務結束，你必須同時等待任務里面的子任務結束。這一點很重要，尤其是你在使用Continue的時候。(后面會介紹)

等待Task

在ThreadPool內置的方法中無法實現的等待，在Task中可以很簡單的實現了：

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace MultiThread
{
    class ThreadTest
    {
        static void Main()
        {
            var t1 = Task.Run(() => Go(null));
            var t2 = Task.Run(() => Go(123));
            Task.WaitAll(t1, t2);//等待所有Task結束
            //Task.WaitAny(t1, t2);//等待任意Task結束
        }

        static void Go(object data)   // data will be null with the first call.
        {
            Thread.Sleep(5000);
            Console.WriteLine("Hello from the thread pool! " + data);
        }
    }
}

　　

注意：

當你調用一個Wait方法時，當前的線程會被阻塞，直到Task返回。但是如果Task還沒有被執行，這個時候系統可能會用當前的線程來執行調用Task，而不是新建一個，這樣就不需要重新創建一個線程，並且阻塞當前線程。這種做法節省了創建新線程的開銷，也避免了一些線程的切換。但是也有缺點，當前線程如果和被調用的Task同時想要獲得一個lock，就會導致死鎖。

Task異常處理

當等待一個Task完成的時候（調用Wait或者或者訪問Result屬性的時候），Task任務中沒有處理的異常會被封裝成AggregateException重新拋出，InnerExceptions屬性封裝了各個Task沒有處理的異常。

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace MultiThreadTest
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int x = 0;
            Task<int> calc = Task.Factory.StartNew(() => 7 / x);
            try
            {
                Console.WriteLine(calc.Result);
            }
            catch (AggregateException aex)
            {
                Console.Write(aex.InnerException.Message);  // Attempted to divide by 0
            }
        }
    }
}

　　

對於有父子關系的Task，子任務未處理的異常會逐層傳遞到父Task，並且最后包裝在AggregateException中。

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace MultiThreadTest
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            TaskCreationOptions atp = TaskCreationOptions.AttachedToParent;
            var parent = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Task.Factory.StartNew(() =>   // Child
                {
                    Task.Factory.StartNew(() => { throw null; }, atp);   // Grandchild
                }, atp);
            });

            // The following call throws a NullReferenceException (wrapped
            // in nested AggregateExceptions):
            parent.Wait();
        }
    }
}

　　

取消Task

如果想要支持取消任務，那么在創建Task的時候，需要傳入一個CancellationTokenSouce

示例代碼：

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace MultiThreadTest
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var cancelSource = new CancellationTokenSource();
            CancellationToken token = cancelSource.Token;

            Task task = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                // Do some stuff...
                token.ThrowIfCancellationRequested();  // Check for cancellation request
                // Do some stuff...
            }, token);
            cancelSource.Cancel();

            try
            {
                task.Wait();
            }
            catch (AggregateException ex)
            {
                if (ex.InnerException is OperationCanceledException)
                    Console.Write("Task canceled!");
            }

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

　　

任務的連續執行

Continuations

任務調度也是常見的需求，Task支持一個任務結束之后執行另一個任務。

            Task task1 = Task.Factory.StartNew(() => Console.Write("antecedant.."));
            Task task2 = task1.ContinueWith(task =>Console.Write("..continuation"));

　　

Continuations 和Task<TResult>

Task也有帶返回值的重載，示例代碼如下：

            Task.Factory.StartNew<int>(() => 8)
                .ContinueWith(ant => ant.Result * 2)
                .ContinueWith(ant => Math.Sqrt(ant.Result))
                .ContinueWith(ant => Console.WriteLine(ant.Result));   // output 4

　　

子任務

前面提到了，當你等待一個任務的時候，同時需要等待它的子任務完成。

下面代碼演示了帶子任務的Task：

using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading;

namespace MultiThreadTest
{
    class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            Task<int[]> parentTask = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                int[] results = new int[3];

                Task t1 = new Task(() => { Thread.Sleep(3000); results[0] = 0; }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
                Task t2 = new Task(() => { Thread.Sleep(3000); results[1] = 1; }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
                Task t3 = new Task(() => { Thread.Sleep(3000); results[2] = 2; }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);

                t1.Start();
                t2.Start();
                t3.Start();

                return results;
            });

            Task finalTask = parentTask.ContinueWith(parent =>
            {
                foreach (int result in parent.Result)
                {
                    Console.WriteLine(result);
                }
            });

            finalTask.Wait();
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

　　

這段代碼的輸出結果是： 1,2,3

FinalTask會等待所有子Task結束后再執行。

TaskFactory

關於TaskFactory，上面的例子中我們使用了System.Threading.Tasks .Task.Factory屬性來快速的創建Task。當然你也可以自己創建TaskFactory，你可以指定自己的TaskCreationOptions，TaskContinuationOptions來使得通過你的Factory創建的Task默認行為不同。

.Net中有一些默認的創建Task的方式，由於TaskFactory創建Task的默認行為不同可能會導致一些不容易發現的問題。

如在.NET 4.5中，Task加入了一個Run的靜態方法：

Task.Run(someAction);

如果你用這個方法代替上面例子中的Task.Factory.StartNew，就無法得到正確的結果。原因是Task.Run創建Task的行為默認是默認是拒絕添加子任務的。上面的代碼等價於：

    Task.Factory.StartNew(someAction, CancellationToken.None, TaskCreationOptions.DenyChildAttach, TaskScheduler.Default);

你也可以創建具有自己默認行為的TaskFactory。

 

無論ThreadPool也好，或者Task，微軟都是在想進辦法來實現線程的重用，來節省不停的創建銷毀線程帶來的開銷。線程池內部的實現可能在不同版本中有不同的機制。如果可能的話，使用線程池來管理線程仍然是建議的選擇。

 

我們主要介紹了一下Task的基本用法，在我們編程過程中，有一些使用Task來提升程序性能的場景往往是很相似的，微軟為了簡化編程，在System.Threading.Tasks.Parallel中封裝了一系列的並行類，內部也是通過Task來實現的。

Parallel的For，Foreach，Invoke 方法

 

在編程過程中，我們經常會用到循環語句：

 

            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                DoSomeWork(i);
            }

　　

如果循環過程中的工作可以是並行的話，那么我們可以用如下語句：

 

            Parallel.For(0, 10, i => DoSomeWork(i));

　　

我們也經常會使用Foreach來遍歷某個集合：

 

            foreach (var item in collection)
            {
                DoSomeWork(item);
            }

　　

如果我們用一個線程池來執行里面的任務，那么我們可以寫成：

 

            Parallel.ForEach(collection, item => DoSomeWork(item));

　　

最后，如果你想並行的執行幾個不同的方法，你可以：

 

            Parallel.Invoke(Method1, Method2, Method3);

　　

如果你看下后台的實現，你會發現基本都是基於Task的線程池，當然你也可以通過手動創建一個Task集合，然后等待所有的任務結束來實現同樣的功能。上面的Parallel.For和Parallel.Forach方法並不以為這你可以尋找你代碼里面所有用到For和Foreach方法，並且替代他們，因為每一個任務都會分配一個委托，並且在線程池里執行，如果委托里面的任務是線程不安全的，你可能還需要lock來保證線程安全，使用lock本身就會造成性能上的損耗。如果每一個任務都是需要長時間執行並且線程安全的，Parallel會給你帶來不錯的性能提升。對於短任務，或者線程不安全的任務，你需要權衡下，你是否真的需要使用Parallel。

作者：獨上高樓
出處：http://www.cnblogs.com/myprogram/
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