C#多线程系列之任务基础(二)

目录
  • 判断任务状态
  • 再说父子任务
  • 组合任务/延续任务
  • 复杂的延续任务
  • 并行(异步)处理任务
  • 并行(同步)处理任务
  • 并行任务的 Task.WhenAny
  • 并行任务状态
  • 循环中值变化问题
  • 定时任务 TaskScheduler 类

判断任务状态

属性 说明
IsCanceled 获取此 Task 实例是否由于被取消的原因而已完成执行。
IsCompleted 获取一个值,它表示是否已完成任务。
IsCompletedSuccessfully 了解任务是否运行到完成。
IsFaulted 获取 Task是否由于未经处理异常的原因而完成。
Status 获取此任务的 TaskStatus。

要检测一个任务是否出错(指任务因未经处理的异常而导致工作终止),要使用 IsCanceled 和 IsFaulted 两个属性,只要任务抛出异常,IsFaulted 为 true。但是取消任务本质是抛出 OperationCancelExcetion 异常,不代表任务出错。

即使任务抛出了未经处理的异常,也算是完成了任务,因此 IsCompleted 属性,会为 true。

示例如下:

代码有点多,不易观察,请复制到程序中运行。

    class Program
    {
        static void Main()
        {
            // 正常任务
            Task task1 = new Task(() =>
            {
            });
            task1.Start();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task1.IsCanceled, task1.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任务是否完成:" + task1.IsCompleted);
            Console.WriteLine("-------------------");

            // 异常任务
            Task task2 = new Task(() =>
            {
                throw new Exception();
            });
            task2.Start();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task2.IsCanceled, task2.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任务是否完成:" + task2.IsCompleted);
            Console.WriteLine("-------------------");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

            CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
            // 取消任务
            Task task3 = new Task(() =>
            {
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(3));
            }, cts.Token);
            task3.Start();
            cts.Cancel();
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            GetResult(task3.IsCanceled, task3.IsFaulted);
            Console.WriteLine("任务是否完成:" + task3.IsCompleted);
            Console.ReadKey();
        }

        public static void GetResult(bool isCancel, bool isFault)
        {
            if (isCancel == false && isFault == false)
                Console.WriteLine("没有异常发生");
            else if (isCancel == true)
                Console.WriteLine("任务被取消");
            else
                Console.WriteLine("任务引发了未经处理的异常");
        }
    }

再说父子任务

在上一篇文章中《C#多线程(13):任务基础①》,我们学习了父子任务,父任务需要等待子任务完成后才算完成任务。

上一章只是给出示例,没有明确说明场景和实验结果,这里重新写一个示例来补充。

非父子任务:

外层任务不会等待内嵌的任务完成,直接完成或返回结果。

        static void Main()
        {
            //两个任务没有从属关系,是独立的
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 非子任务
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    for (int i = 0; i < 5; i++)
                    {
                        Console.WriteLine("     内层任务1");
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                    }
                });
                task1.Start();
                return 666;
            });
            task.Start();
            Console.WriteLine($"任务运算结果是:{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");
            Console.ReadKey();
            }

父子任务:

父任务等待子任务完成后,才能算完成任务,然后返回结果。

        static void Main()
        {
            // 父子任务
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 子任务
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    for (int i = 0; i < 5; i++)
                    {
                        Console.WriteLine("     内层任务1");
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                    }
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
                task1.Start();

                Console.WriteLine("最外层任务");
                return 666;
            });

            task.Start();
            Console.WriteLine($"任务运算结果是:{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");

            Console.ReadKey();
        }

组合任务/延续任务

Task.ContinueWith() 方法创建一个在 任务(Task)实例 完成时异步执行的延续任务。

Task.ContinueWith() 的重载方法非常多,可以参考:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.task.continuewith?view=netcore-3.1#--

这里我们使用的构造函数定义如下:

public Task ContinueWith(Action<Task> continuationAction);

一个简单的示例:

            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一个任务");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            });

            // 接下来第二个任务
            task.ContinueWith(t =>
            {
                Console.WriteLine($"     第二个任务}");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            });
            task.Start();

一个任务(Task) 是可以设置多个延续任务的,这些任务是并行的,例如:

        static void Main()
        {
            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一个任务");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            });

            // 任务①
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"    任务① ");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            });

            // 任务②
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"     任务②");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            });

            // 任务① 和 任务② 属于同级并行任务

            task.Start();
            }

通过多次实现延续/组合任务,会实现强有力的任务流程。

复杂的延续任务

经过上一小节,我们学习了 ContinueWith() 来延续任务,现在我们来学习更多的重载方法,实现更加复杂的延续。

ContinueWith() 重载方法很多,它们的参数都含有下面几种参数之一或多个。

  • continuationAction

    类型:Action 或 Func

一个要执行的任务。

  • state

    类型:Object

给延续任务传递的参数。

  • cancellationToken

    类型:CancellationToken

取消标记。

  • continuationOptions

    类型:TaskContinuationOptions

控制延续任务的创建和特性。

  • scheduler

    类型:TaskScheduler

要与延续任务关联并用于其执行过程的 TaskScheduler。

前面四个参数(类型),在以往的文章中已经出现过,这里就不再赘述;TaskScheduler 类型,这里先讲解,后面再说。

注意 TaskCreationOptions 和 TaskContinuationOptions 的区别,在前一篇我们学习过 TaskCreationOptions。这里来学习 TaskContinuationOptions 。

TaskContinuationOptions 可以在以下重载上使用:

ContinueWith(Action, CancellationToken, TaskContinuationOptions, TaskScheduler)
ContinueWith(Action>, TaskContinuationOptions

在延续中,这样使用是无效的:

            Task task = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("     第一个任务");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            });
            task.ContinueWith(t =>
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine($"    任务① ");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                }
            },TaskContinuationOptions.AttachedToParent);

因为 TaskContinuationOptions 需要有嵌套关系的父子任务,才能生效。

正确使用方法:

        static void Main()
        {
            // 父子任务
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                // 子任务
                Task task1 = new Task(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    Console.WriteLine("     内层任务1");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);

                task1.ContinueWith(t =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    Console.WriteLine("内层延续任务,也属于子任务");
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                }, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);

                task1.Start();

                Console.WriteLine("最外层任务");
                return 666;
            });

            task.Start();
            Console.WriteLine($"任务运算结果是:{task.Result}");
            Console.WriteLine("\n-------------------\n");

            Console.ReadKey();
        }

并行(异步)处理任务

这里我们来学习 Task.WhenAll() 方法的使用。

Task.WhenAll() :等待提供的所有 Task 对象完成执行过程

使用示例如下:

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任务开始执行");
                }));

            // public static Task WhenAll(IEnumerable<Task> tasks);

            // 相当于多个任务,生成一个任务
            Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
            // 不需要等待的话就去除
            taskOne.Wait();

            Console.ReadKey();
        }

Task taskOne = Task.WhenAll(tasks); 可以写成 Task.WhenAll(tasks);,返回的 Task 对象可以用来判断任务执行情况。

要注意,下面这样是无效的:

你可以修改上面的代码进行测试。

                tasks.Add(new Task(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任务开始执行");
                }));

我也不知道为啥 new Task() 不行。。。

如果任务有返回值,则可以使用下面这种方法

        static void Main()
        {
            List<Task<int>> tasks = new List<Task<int>>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run<int>(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任务开始执行");
                    return new Random().Next(0,10);
                }));

            Task<int[]> taskOne = Task.WhenAll(tasks);

            foreach (var item in taskOne.Result)
                Console.WriteLine(item);

            Console.ReadKey();
        }

并行(同步)处理任务

Task.WaitAll():等待提供的所有 Task 对象完成执行过程。

我们来看看 Task.WaitAll() 其中一个重载方法的定义:

public static bool WaitAll (Task[] tasks, int millisecondsTimeout, CancellationToken cancellationToken);
  • tasks 类型:Task[]

要执行的所有任务。

  • millisecondsTimeout 任务:Int32

等待的毫秒数,-1 表示无限期等待。

  • cancellationToken 类型:CancellationToken

等待任务完成期间要观察的 CancellationToken。

Task.WaitAll() 的示例如下:

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"任务开始执行");
                }));

            Task.WaitAll(tasks.ToArray());

            Console.ReadKey();
        }

Task.WaitAll() 会让当前线程等待所有任务执行完毕。并且 Task.WaitAll() 是没有泛型的,也么没有返回结果。

并行任务的 Task.WhenAny

Task.WhenAny() 和 Task.WhenAll() 使用上差不多,Task.WhenAll() 当所有任务都完成时,才算完成,而 Task.WhenAny() 只要其中一个任务完成,都算完成。

这一点可以参考上面的 父子任务

参考使用示例如下:

        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(new Random().Next(0, 5)));
                    Console.WriteLine("     正在执行任务");
                }));
            Task taskOne = Task.WhenAny(tasks);
            taskOne.Wait(); // 任意一个任务完成,就可以解除等待

            Console.WriteLine("有任务已经完成了");

            Console.ReadKey();
        }

当然,Task.WhenAny() 也有泛型方法,可以返回结果。

并行任务状态

Task.Status 属性可以获取任务的状态。其属性类型是一个 TaskStatus 枚举,其定义如下:

枚举 说明
Canceled 6 已经通过 CancellationToken 取消任务。
Created 0 该任务已初始化,但尚未被计划。
Faulted 7 由于未处理异常的原因而完成的任务。
RanToCompletion 5 已成功完成执行的任务。
Running 3 该任务正在运行,但尚未完成。
WaitingForActivation 1 该任务正在等待 .NET Framework 基础结构在内部将其激活并进行计划。
WaitingForChildrenToComplete 4 该任务已完成执行,正在隐式等待附加的子任务完成。
WaitingToRun 2 该任务已被计划执行,但尚未开始执行。

在使用并行任务时,Task.Status 的值,有一定规律:

  • 如果有其中一个任务出现未经处理的异常,那么返回TaskStatus.Faulted
  • 如果所有任务都出现未经处理的异常,会返回 TaskStatus. RanToCompletion 
  • 如果其中一个任务被取消(即使出现未经处理的异常),会返回 TaskStaus.Canceled

循环中值变化问题

请运行测试下面两个示例:

        static void Main()
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
                new Thread(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {i}");
                }).Start();

            Console.ReadKey();
        }
        static void Main()
        {
            List<Task> tasks = new List<Task>();

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {i}");
                }));
            Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
            taskOne.Wait();

            Console.ReadKey();
        }

你会发现,两个示例的结果并不是 1,2,3,4,5,而是 5,5,5,5,5

这个问题称为 Race condition(竞争条件),可以参考维基百科:

https://en.wikipedia.org/wiki/Race_condition

微软文档里面也有关于此问题的说明,请参考:

https://docs.microsoft.com/zh-cn/archive/blogs/ericlippert/closing-over-the-loop-variable-considered-harmful

由于 i 在整个生命周期,内存都是在同一个位置,每个线程或任务对其值得使用,都是指向相同位置的。

这样就行了:

        static void Main()
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                int tmp = i;
                new Thread(() =>
                {
                    Console.WriteLine($"i = {tmp}");
                }).Start();
            }

            Console.ReadKey();
        }

这样是无效的:

            for (int i = 0; i < 5; i++)
                new Thread(() =>
                {
                    int tmp = i;
                    Console.WriteLine($"i = {tmp}");
                }).Start();

定时任务 TaskScheduler 类

TaskScheduler 类:表示一个处理将任务排队到线程中的低级工作的对象。

网上大多数示例是 Wpf 、WinForm的,微软文档也是很复杂的样子: https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.taskscheduler?view=netcore-3.1#properties

貌似 TaskScheduler 主要对 SynchronizationContext 进行控制,也就是说是对 UI 起作用。

到此这篇关于C#多线程系列之任务基础(二)的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

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    解决一个问题 假如,程序需要向一个 Web 发送 5 次请求,受网路波动影响,有一定几率请求失败.如果失败了,就需要重试. 示例代码如下: class Program { private static int count = 0; static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 5; i++) new Thread(HttpRequest).Start(); // 创建线程 // 用于不断向另一个线程发送信号 while (count

  • C#多线程系列之任务基础(三)

    目录 TaskAwaiter 延续的另一种方法 另一种创建任务的方法 实现一个支持同步和异步任务的类型 Task.FromCanceled() 如何在内部取消任务 Yield 关键字 补充知识点 TaskAwaiter 先说一下 TaskAwaiter,TaskAwaiter 表示等待异步任务完成的对象并为结果提供参数. Task 有个 GetAwaiter() 方法,会返回TaskAwaiter 或TaskAwaiter<TResult>,TaskAwaiter 类型在 System.Run

  • C#多线程系列之多线程锁lock和Monitor

    目录 1,Lock lock 原型 lock 编写实例 2,Monitor 怎么用呢 解释一下 示例 设置获取锁的时效 1,Lock lock 用于读一个引用类型进行加锁,同一时刻内只有一个线程能够访问此对象.lock 是语法糖,是通过 Monitor 来实现的. Lock 锁定的对象,应该是静态的引用类型(字符串除外). 实际上字符串也可以作为锁的对象使用,只是由于字符串对象的特殊性,可能会造成不同位置的不同线程冲突.如果你能保证字符串的唯一性,例如 Guid 生成的字符串,也是可以作为锁的对

  • C#多线程系列之线程通知

    AutoRestEvent 类用于从一个线程向另一个线程发送通知. 微软文档是这样介绍的:表示线程同步事件在一个等待线程释放后收到信号时自动重置. 其构造函数只有一个: 构造函数里面的参数用于设置信号状态. 构造函数 说明 AutoResetEvent(Boolean) 用一个指示是否将初始状态设置为终止的布尔值初始化 AutoResetEvent 类的新实例. 真糟糕的机器翻译. 常用方法 AutoRestEvent 类是干嘛的,构造函数的参数又是干嘛的?不着急,我们来先来看看这个类常用的方法

  • C#多线程系列之进程同步Mutex类

    Mutex 中文为互斥,Mutex 类叫做互斥锁.它还可用于进程间同步的同步基元. Mutex 跟 lock 相似,但是 Mutex 支持多个进程.Mutex 大约比 lock 慢 20 倍. 互斥锁(Mutex),用于多线程中防止两条线程同时对一个公共资源进行读写的机制. Windows 操作系统中,Mutex 同步对象有两个状态: signaled:未被任何对象拥有: nonsignaled:被一个线程拥有: Mutex 只能在获得锁的线程中,释放锁. 构造函数和方法 Mutex 类其构造函

  • C#多线程系列之任务基础(一)

    目录 多线程编程 多线程编程模式 探究优点 任务操作 两种创建任务的方式 Task.Run() 创建任务 取消任务 父子任务 任务返回结果以及异步获取返回结果 捕获任务异常 全局捕获任务异常 多线程编程 多线程编程模式 .NET 中,有三种异步编程模式,分别是基于任务的异步模式(TAP).基于事件的异步模式(EAP).异步编程模式(APM). 基于任务的异步模式 (TAP) :.NET 推荐使用的异步编程方法,该模式使用单一方法表示异步操作的开始和完成.包括我们常用的 async .await

  • C#多线程系列之资源池限制

    Semaphore.SemaphoreSlim 类 两者都可以限制同时访问某一资源或资源池的线程数. 这里先不扯理论,我们从案例入手,通过示例代码,慢慢深入了解. Semaphore 类 这里,先列出 Semaphore 类常用的 API. 其构造函数如下: 构造函数 说明 Semaphore(Int32, Int32) 初始化 Semaphore 类的新实例,并指定初始入口数和最大并发入口数. Semaphore(Int32, Int32, String) 初始化 Semaphore 类的新实

  • C#多线程系列之读写锁

    本篇的内容主要是介绍 ReaderWriterLockSlim 类,来实现多线程下的读写分离. ReaderWriterLockSlim ReaderWriterLock 类:定义支持单个写线程和多个读线程的锁. ReaderWriterLockSlim 类:表示用于管理资源访问的锁定状态,可实现多线程读取或进行独占式写入访问. 两者的 API 十分接近,而且 ReaderWriterLockSlim 相对 ReaderWriterLock 来说 更加安全.因此本文主要讲解 ReaderWrit

  • C#多线程系列之线程等待

    目录 前言 volatile 关键字 三种常用等待 再说自旋和阻塞 SpinWait 结构 属性和方法 自旋示例 新的实现 SpinLock 结构 属性和方法 示例 等待性能对比 前言 volatile 关键字 volatile 关键字指示一个字段可以由多个同时执行的线程修改. 我们继续使用<C#多线程(3):原子操作>中的示例: static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread(AddO

  • C#多线程系列之原子操作

    目录 知识点 竞争条件 线程同步 CPU时间片和上下文切换 阻塞 内核模式和用户模式 Interlocked 类 1,出现问题 2,Interlocked.Increment() 3,Interlocked.Exchange() 4,Interlocked.CompareExchange() 5,Interlocked.Add() 6,Interlocked.Read() 知识点 竞争条件 当两个或两个以上的线程访问共享数据,并且尝试同时改变它时,就发生争用的情况.它们所依赖的那部分共享数据,叫

  • C#多线程系列之线程池

    目录 线程池 ThreadPool 常用属性和方法 线程池说明和示例 线程池线程数 线程池线程数说明 不支持的线程池异步委托 任务取消功能 计时器 线程池 线程池全称为托管线程池,线程池受 .NET 通用语言运行时(CLR)管理,线程的生命周期由 CLR 处理,因此我们可以专注于实现任务,而不需要理会线程管理. 线程池的应用场景:任务并行库 (TPL)操作.异步 I/O 完成.计时器回调.注册的等待操作.使用委托的异步方法调用和套接字连接. 很多人不清楚 Task.Task<TResult>

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