C#中 Thread，Task，Async/Await，IAsyncResult 的那些事兒！

admin

2024年1月3日 9:9 本文熱度 993

說起異步，Thread，Task，async/await，IAsyncResult 這些東西肯定是繞不開的，今天就來依次聊聊他們

1.線程（Thread）

多線程的意義在于一個應用程序中，有多個執行部分可以同時執行；對于比較耗時的操作(例如io，數據庫操作)，或者等待響應(如WCF通信)的操作，可以單獨開啟后臺線程來執行，這樣主線程就不會阻塞，可以繼續往下執行；等到后臺線程執行完畢，再通知主線程，然后做出對應操作！

在C#中開啟新線程比較簡單

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("主線程開始");
    //IsBackground=true，將其設置為后臺線程
    Thread t = new Thread(Run) { IsBackground = true };
    t.Start();
 　　 Console.WriteLine("主線程在做其他的事！");
    //主線程結束，后臺線程會自動結束，不管有沒有執行完成
    //Thread.Sleep(300);
    Thread.Sleep(1500);
    Console.WriteLine("主線程結束");
}
 
static void Run()
{
    Thread.Sleep(700);
Console.WriteLine("這是后臺線程調用");
}

執行結果如下圖，

可以看到在啟動后臺線程之后，主線程繼續往下執行了，并沒有等到后臺線程執行完之后。

1.1 線程池

試想一下，如果有大量的任務需要處理，例如網站后臺對于HTTP請求的處理，那是不是要對每一個請求創建一個后臺線程呢？顯然不合適，這會占用大量內存，而且頻繁地創建的過程也會嚴重影響速度，那怎么辦呢？線程池就是為了解決這一問題，把創建的線程存起來，形成一個線程池(里面有多個線程)，當要處理任務時，若線程池中有空閑線程(前一個任務執行完成后，線程不會被回收，會被設置為空閑狀態)，則直接調用線程池中的線程執行(例asp.net處理機制中的Application對象)，

使用事例：

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(m =>
    {
        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
    });
}
Console.Read();

運行結果：

可以看到，雖然執行了10次，但并沒有創建10個線程。

1.2 信號量(Semaphore)

Semaphore負責協調線程，可以限制對某一資源訪問的線程數量

這里對SemaphoreSlim類的用法做一個簡單的事例：

static SemaphoreSlim semLim = new SemaphoreSlim(3); //3表示最多只能有三個線程同時訪問
static void Main(string[] args)
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        new Thread(SemaphoreTest).Start();
    }
    Console.Read();
}
 
static void SemaphoreTest()
{
    semLim.Wait();
    Console.WriteLine("線程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "開始執行");
Thread.Sleep(2000);
    Console.WriteLine("線程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "執行完畢");
    semLim.Release();
}

執行結果如下：

可以看到，剛開始只有三個線程在執行，當一個線程執行完畢并釋放之后，才會有新的線程來執行方法！

除了SemaphoreSlim類，還可以使用Semaphore類，感覺更加靈活，感興趣的話可以搜一下，這里就不做演示了！

2.Task

Task是.NET4.0加入的，跟線程池ThreadPool的功能類似，用Task開啟新任務時，會從線程池中調用線程，而Thread每次實例化都會創建一個新的線程。

Console.WriteLine("主線程啟動");
//Task.Run啟動一個線程
//Task啟動的是后臺線程，要在主線程中等待后臺線程執行完畢，可以調用Wait方法
Task task = Task.Factory.StartNew(() => {
    Thread.Sleep(1500);
    Console.WriteLine("task啟動");
});
Task task = Task.Run(() => {
    Thread.Sleep(1500);
    Console.WriteLine("task啟動");
});
Thread.Sleep(300);
task.Wait();
Console.WriteLine("主線程結束");

執行結果如下：

開啟新任務的方法：Task.Run()或者Task.Factory.StartNew()，開啟的是后臺線程

要在主線程中等待后臺線程執行完畢，可以使用Wait方法(會以同步的方式來執行)。不用Wait則會以異步的方式來執行。

比較一下Task和Thread：

static void Main(string[] args)
{
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        new Thread(Run1).Start();
    }
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        Task.Run(() => { Run2(); });
    }
}
static void Run1()
{
    Console.WriteLine("Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
static void Run2()
{
    Console.WriteLine("Task調用的Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

執行結果：

可以看出來，直接用Thread會開啟5個線程，用Task(用了線程池)開啟了3個！

2.1 Task<TResult>

Task<TResult>就是有返回值的Task，TResult就是返回值類型。

Console.WriteLine("主線程開始");
//返回值類型為string
Task<string> task = Task<string>.Run(() => {
    Thread.Sleep(2000);
    return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString();
});
//會等到task執行完畢才會輸出;
Console.WriteLine(task.Result);
Console.WriteLine("主線程結束");

運行結果：

通過task.Result可以取到返回值，若取值的時候，后臺線程還沒執行完，則會等待其執行完畢！

簡單提一下：

Task任務可以通過CancellationTokenSource類來取消，感覺用得不多，用法比較簡單，感興趣的話可以搜一下！

3. async/await

async/await是C#5.0中推出的，先上用法：

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("-------主線程啟動-------");
    Task<int> task = GetStrLengthAsync();
    Console.WriteLine("主線程繼續執行");
    Console.WriteLine("Task返回的值" + task.Result);
    Console.WriteLine("-------主線程結束-------");
}

static async Task<int> GetStrLengthAsync()
{
    Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法開始執行");
    //此處返回的<string>中的字符串類型，而不是Task<string>
    string str = await GetString();
    Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法執行結束");
    return str.Length;
}
static Task<string> GetString()
{
    //Console.WriteLine("GetString方法開始執行")  
    return Task<string>.Run(() => {
        Thread.Sleep(2000);
        return "GetString的返回值";
    });
}

async用來修飾方法，表明這個方法是異步的，聲明的方法的返回類型必須為：void，Task或Task<TResult>。

await必須用來修飾Task或Task<TResult>，而且只能出現在已經用async關鍵字修飾的異步方法中。通常情況下，async/await成對出現才有意義，

看看運行結果：

可以看出來，main函數調用GetStrLengthAsync方法后，在await之前，都是同步執行的，直到遇到await關鍵字，main函數才返回繼續執行。

那么是否是在遇到await關鍵字的時候程序自動開啟了一個后臺線程去執行GetString方法呢？

現在把GetString方法中的那行注釋加上，運行的結果是：

大家可以看到，在遇到await關鍵字后，沒有繼續執行GetStrLengthAsync方法后面的操作，也沒有馬上反回到main函數中，而是執行了GetString的第一行，以此可以判斷await這里并沒有開啟新的線程去執行GetString方法，而是以同步的方式讓GetString方法執行，等到執行到GetString方法中的Task<string>.Run()的時候才由Task開啟了后臺線程！

那么await的作用是什么呢？

可以從字面上理解，上面提到task.wait可以讓主線程等待后臺線程執行完畢，await和wait類似，同樣是等待，等待Task<string>.Run()開始的后臺線程執行完畢，不同的是await不會阻塞主線程，只會讓GetStrLengthAsync方法暫停執行。

那么await是怎么做到的呢？有沒有開啟新線程去等待？

只有兩個線程(主線程和Task開啟的線程)！至于怎么做到的(我也不知道......>_<)，大家有興趣的話研究下吧！

4.IAsyncResult

IAsyncResult自.NET1.1起就有了，包含可異步操作的方法的類需要實現它，Task類就實現了該接口

在不借助于Task的情況下怎么實現異步呢？

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("主程序開始--------------------");
        int threadId;
        AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
        AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
        IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000, out threadId, null, null);
        Thread.Sleep(0);
        Console.WriteLine("主線程線程 {0} 正在運行.", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId)
            //會阻塞線程，直到后臺線程執行完畢之后，才會往下執行      
            result.AsyncWaitHandle.WaitOne();
        Console.WriteLine("主程序在做一些事情！！！");
        //獲取異步執行的結果 
        string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
        //釋放資源    
        result.AsyncWaitHandle.Close();
        Console.WriteLine("主程序結束--------------------");
        Console.Read();
    }
}
public class AsyncDemo
{
    //供后臺線程執行的方法
    public string TestMethod(int callDuration, out int threadId)
    {
        Console.WriteLine("測試方法開始執行.");
        Thread.Sleep(callDuration);
        threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
        return String.Format("測試方法執行的時間 {0}.", callDuration.ToString());
    }
}
public delegate string AsyncMethodCaller(int callDuration, out int threadId);

關鍵步驟就是紅色字體的部分，運行結果：

和Task的用法差異不是很大！result.AsyncWaitHandle.WaitOne()就類似Task的Wait。

5.Parallel

最后說一下在循環中開啟多線程的簡單方法：

Stopwatch watch1 = new Stopwatch();
watch1.Start();
    for (int i = 1; i <= 10; i++)
    {
    Console.Write(i + ",");
    Thread.Sleep(1000);
}
watch1.Stop();
Console.WriteLine(watch1.Elapsed);
Stopwatch watch2 = new Stopwatch();
watch2.Start();
//會調用線程池中的線程
Parallel.For(1, 11, i =>{ 
Console.WriteLine(i + ",線程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); 
Thread.Sleep(1000);});
watch2.Stop();
Console.WriteLine(watch2.Elapsed);

運行結果：

循環List<T>：

List<int> list = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9 };
Parallel.ForEach<int>(list, n =>{ 
Console.WriteLine(n); 
Thread.Sleep(1000);});

執行Action[]數組里面的方法：

Action[] actions = new Action[] { new Action(() => { Console.WriteLine("方法1"); }), new Action(() => { Console.WriteLine("方法2"); }) };
Parallel.Invoke(actions);

6.異步的回調

文中所有Task<TResult>的返回值都是直接用task.result獲取，這樣如果后臺任務沒有執行完畢的話，主線程會等待其執行完畢，這樣的話就和同步一樣了（看上去一樣，但其實await的時候并不會造成線程的阻塞，web程序感覺不到，但是wpf，winform這樣的桌面程序若不使用異步，會造成UI線程的阻塞）。簡單演示一下Task回調函數的使用：

Console.WriteLine("主線程開始");
Task<string> task = Task<string>.Run(() => { Thread.Sleep(2000); return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString(); });
//會等到任務執行完之后執行
task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{
Console.WriteLine(task.Result);});
Console.WriteLine("主線程結束");
Console.Read();

執行結果：

OnCompleted中的代碼會在任務執行完成之后執行！

另外task.ContinueWith()也是一個重要的方法：

Console.WriteLine("主線程開始");
Task<string> task = Task<string>.Run(() => {
    Thread.Sleep(2000);
    return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString();
});
task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{ 
    Console.WriteLine(task.Result);
});
task.ContinueWith(m=>{
    Console.WriteLine("第一個任務結束啦！我是第二個任務");
});
Console.WriteLine("主線程結束");
Console.Read();