C# 異步編程

     基于Task的異步編程模式(TAP)是Microsoft為.Net平臺下使用Task進行編程所提供的一組建議,這種模式提供了可以被await消耗(調用)方法的APIs,并且當使用async關鍵字編寫遵守這種模式的方法時,手寫Task通常很有用。通常TAP用起來與普通方式沒什么兩樣,但是不支持ref和out參數。

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

     2、任務跟線程不是一對一的關系,比如開10個任務并不是說會開10個線程,這一點任務有點類似線程池,但是任務相比線程池有很小的開銷和精確的控制。

     3、Task的優勢

  ThreadPool相比Thread來說具備了很多優勢,但是ThreadPool卻又存在一些使用上的不方便。比如:
  ◆ ThreadPool不支持線程的取消、完成、失敗通知等交互性操作;
  ◆ ThreadPool不支持線程執行的先后次序;
     以往,如果開發者要實現上述功能,需要完成很多額外的工作,現在,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,并提供了更多的API。

 下面分析一理異步編程中的一些關鍵點

1.await  

     我們都知道await關鍵字是.Net FrameWork4.5引入的特性。await使得我們使用異步更加時特別便捷,并且還不會導致線程堵塞。我們在使用時也就莫名其妙的使用。往往不知道為什么不會導致線程堵塞。在這里,簡單的談論下await的一點原理。

     在c#并行編程這本書中是這么介紹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,它首先檢查操作是否已經完成,如果完成,就繼續運行(同步方式),否則,會暫停async方法,并返回.留下一個未完成的task,一段時間后,操作完成,async方法就恢復執行.

     看到這句話應該就差不多能想到await為什么不會導致線程堵塞了,當碰到await時如果沒有執行成功就先暫停這個方法的執行,執行方法外以下代碼,等await操作完成后再執行這個方法await之后的代碼。

     先添加一個方法,如下:

1         async Task DemoAsync()
2         {
3             await Task.Run(() => { });
4             Thread.Sleep(3000);
5         }
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     接著添加按鈕事件方法:

1 private  void button1_Click(object sender, EventArgs e)
2 {
3       DemoAsync();
4       MessageBox.Show("同步代碼");
5 }
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     接下來修改代碼后再次運行后,會發現在點擊button按鈕時窗體不能被移動了,然后等待了3秒鐘才彈出"同步代碼"這句話。

1 async Task DemoAsync()
2 {
3       await Task.Run(() => { Thread.Sleep(3000); });
4       Thread.Sleep(3000);
5 }
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     最后運行的時候就會神奇的發現,此時會先彈出"同步代碼"這局話,然后等待3秒后窗體就不能被移動。

2.Task

     Task 類表示通常以異步方式執行的單個操作, Task 對象是基于任務的異步模式的中心組件之一。 由于 Task 對象執行的工作通常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,因此可以使用 Status 屬性,還可以使用 IsCanceledIsCompleted和 IsFaulted 屬性,用于確定任務的狀態。 通常,lambda 表達式用于指定任務要執行的工作。可以通過多種方式創建 Task 實例。 最常見的方法(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啟動任務,而無需其他參數。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。 出于性能原因,Task.Run 或 TaskFactory.StartNew 方法是用于創建和計劃計算任務的首選機制,但對于必須分隔創建和計劃的情況,可以使用構造函數,然后調用 Task.Start用于計劃任務稍后執行的方法。因為任務通常在線程池線程上以異步方式運行,所以,創建和啟動任務的線程會在實例化任務后立即繼續執行。 在某些情況下,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之前終止。 在其他情況下,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。 可以通過調用 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啟動的異步任務。若要等待單個任務完成,可以調用其 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。

     需要注意的是,Task中的方法一般是不會將異常拋出的,哪怕是Task<T>這種,這需要開發人員自行處理。不過如果獲取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創建方式以支持自定義的Task,比如:Task,Factory.StartNew(Action action, CancellationToken cancellationToken, TaskCreationOptions creationOptions, TaskScheduler scheduler)就支持指定取消通知參數、任務創建模式,指定任務調度器;其中TaskCreationOptions參數意義如下:

AttachedToParent 4

指定將任務附加到任務層次結構中的某個父級。 默認情況下,子任務(即由外部任務創建的內部任務)將獨立于其父任務執行。 可以使用 AttachedToParent 選項以便將父任務和子任務同步。

請注意,如果使用 DenyChildAttach 選項配置父任務,則子任務中的 AttachedToParent 選項不起作用,并且子任務將作為分離的子任務執行。

有關詳細信息,請參閱附加和分離的子任務

DenyChildAttach 8

指定任何嘗試作為附加的子任務執行(即,使用 AttachedToParent 選項創建)的子任務都無法附加到父任務,會改成作為分離的子任務執行。 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為已創建任務的當前計劃程序。 這意味著像 StartNew 或 ContinueWith 創建任務的執行操作將被視為 Default 當前計劃程序。

LongRunning 2

指定任務將是長時間運行的、粗粒度的操作,涉及比細化的系統更少、更大的組件。 它會向 TaskScheduler 提示,過度訂閱可能是合理的。 可以通過過度訂閱創建比可用硬件線程數更多的線程。 它還將提示任務計劃程序:該任務需要附加線程,以使任務不阻塞本地線程池隊列中其他線程或工作項的向前推動。

None 0

指定應使用默認行為。

PreferFairness 1

提示 TaskScheduler 以一種盡可能公平的方式安排任務,這意味著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里中有ConfigureAwait這么一個方法,這個方法是干什么的呢,我們先看下方法注釋是怎么解釋這個方法的:" 嘗試將延續任務封送回原始上下文,則為 true;否則為 false。"  光看這段代碼并看不出什么,然后我們再看這么一段話:"一個async方法是由多個同步執行的程序塊組成.每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,就可以捕捉上下文(context).如果當前SynchronizationContext不為空,這個上下文就是當前SynchronizationContext.如果為空,則這個上下文為當前TaskScheduler.該方法會在這個上下文中繼續運行.一般來說,運行UI線程時采用UI上下文,處理ASP.NET請求時采用ASP.NET請求上下文,其它很多情況則采用線程池上下文。" 這句話已經基本講明了其實后續代碼會下上文中執行。這個上下文一般時UI上下文(運行在UI上)或請求上下文(ASP.NET) 這兩個可以說時原始上下文,而其它情況采用線程池上下文,也就是開辟一個新線程。這么說也就是ConfigureAwait方法是將后續代碼是送到原始上下文還是線程池上下文中。

     下面稍微修改下剛才的方法:

1 async Task DemoAsync()
2 {
3      //將后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)將后續代碼交給線程池來執行,也就是上面的Thread.Sleep并不會阻塞窗體。

4.Task.Delay

     在異步編程中,一般不建議使用Thread.Sleep,而是使用粒度更小的Task.Delay;Thread.Sleep、Thread.Yeild等會讓當前工作線程阻塞,而Task.Delay可以讓當前線程空出來去完成其他的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類是用于在單個應用內進行同步的建議信號量。在異步編程過程中,建議使用SemaphoreSlim.Wait()、SemaphoreSlim.Release()來替換Lock,因為lock只能由當前線程來解鎖,而SemaphoreSlim可以由任意線程來解鎖。

6.CancellationTokenSource 

     啟動一個Task去做一些事,如果希望它在某個階段去被動的停止,可以使用這個CancellationTokenSource對象,把它注入到Task里,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。通常和CancellationToken.IsCancellationRequested一起配合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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     也可以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         //引發異步異常
15         if (a == 10)
16         {
17             cts.Cancel();
18         }
19 
20         return await task2.ConfigureAwait(true);
21     }
22 }
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 7.TaskCompletionSource

表示未綁定到委托的 Task<TResult> 的制造者方,并通過 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么作用,其實這是一種受用者控制創建Task的方式。你可以使Task在任何你想要的時候完成,你也可以在任何地方給它一個異常讓它失敗。這個可以實現事件通知類似的功能;具體就是說TaskCompletionSource如果不進行SetResult或SetException的時候,TaskCompletionSource所委托的的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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posted @ 2019-12-05 14:43  yswenli  閱讀(...)  評論(...編輯  收藏
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