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  • 线程阶段性总结——APM,ThreadPool,Task,TaskScheduler ,CancellationTokenSource

    转载:https://www.cnblogs.com/xiashengwang/archive/2012/08/18/2645588.html

    不管我们使用thread,threadPool,task,还是APM异步,本质都是在使用多线程。对于新手来说,不太敢用多线程的原因,就我个人的体验来说,就是对多线程的异常捕获方式或时机缺乏了解,而一旦出现异常没有捕获,将会带来难以发现的bug,进而造成系统崩溃。而多线程本身也不是一朝一夕就能学好的,必须不断的去学习总结,所以我个人认为你要用一种线程模型,首先要对它有足够的了解,特别是对异常的捕获。如果你没有完全的把握,最好在实际开发中谨慎的用多线程。

    1,APM异步编程模型。

    采用BeginXXX和EndXXX方法。关于异常的捕捉,对于刚调用BeginXXX抛出的异常,异步操作可能还没有进入队列。这种异常一般可以忽略。对于进入异步操作时发生的异常,会将错误码放入IAsyncResult对象中,在我们调用EndXXX方法时,会将这个错误码转换成一个恰当的Exception再次抛出。所以对于APM编程模型来说,我们只用对EndXXX方法进行异常捕捉。伪代码:

    复制代码
    Try
     {
       Result = someObj.EndXXX(IAsyncResult);
    }
    Catch(xxxException e)
    {
     //异常处理
    }
    复制代码

    注意事项:

    1) 对于EndXXX方法的调用是必须的,否则可能会造成资源的泄漏,即使你可能不关心异步调用的返回结果,也要记住调用这个方法。

    2) 只能调用一次EndXXX方法。

    3) 调用EndXXX方法总是使用和BeginXXX时相同的对象。这里辨别的是引用,引用不同就被视为不同的对象。对于Delegate要补充一点,即使是相同签名的委托,它们被编译器编译成具体的类,这些类的类名是不一样的。

    4) 不能取消异步I/O限制的异步操作。不要迷信这句话,他说的是I/O操作,是指的一个请求动作,如果我们的是多次请求,比如异步分块上传文件,是可以做取消功能的。

    5) FCL中有许多的I/O操作类都实现了APM。如派生自System.IO.Stream的类,Socket,Dns,WebRequest,还有SqlCommand等等。它们都提供了BeginXXX和EndXXX方法。

    6) 可以用APM来执行任何方法,我们只需要定义一个与方法签名一致的delegate,delegate编译后会生成一个BeginInvoke和EndInvoke方法来支持APM操作。

    2,Thread & ThreadPool

    Thread和ThreadPool发起异步的缺点:

     1)没有内建的机制知道任务何时完成。

     2)没法得到任务的返回值。

    Thread的开销太大,尽量用ThreadPool,除非你要显示指定你的thread为前台线程或要对线程设置优先级,否则就不要用thread。

    注意:线程池是由所有的AppDomain共享的。一个CLR维持一个线程池。

    3,Task

    Task的引入,解决了上面的两个问题。

    1)Task可通过Wait()方法来等待任务的完成。这个方法是阻塞的。

    2)通过Task.Result可以得到返回结果。在Result内部调用了Wait方法,所以查询这个属性是阻塞的。

    3)对于任务函数的未处理异常,会被包装成AggregateException异常抛出。可捕捉Wait()方法和Result属性。通过AggregateException的InnerExceptions可以进一步查询具体的异常。

    4)Task的静态方法WaitAny和WaitAll可以等待多个任务返回。同样可以捕捉这两个方法的异常。

    5)对于没有调用Wait,Result,Exception来查询未处理异常的情况,例如:只调用了Task.Start方法。Task对象被回收时,Finalize方法会再次抛出这个异常终止进程。可以向TaskScheduler.UnobservedTaskException事件注册一个方法,来处理这类异常。通过UnobservedTaskExceptionEventArgs的SetObserved方法,可以忽略掉这个异常,使进程不会终止。

    6)构造Task时,可以传递CancellationToken对象,以支持取消。如果是任务函数,通过调用CancellationToken.ThrowIfCancellationRequested 抛出的异常,类型是OperationCanceledException。如果任务函数没有传递CancellationToken对象,那么抛出的异常是TaskCanceledException,相当于任务级别的取消。

    7) Task的ContinueWith方法可以在第一个任务完成时开启第二个任务。这个功能很强大,ContinueWith方法并不阻塞调用线程,它是异步的。我们可以在ContinueWith中写一个事件回调方法,它可以起到事件完成通知的作用。但它只能收到任务完成的通知,要实现任务进度的更新通知,到目前为止,task依然做不到。

    复制代码
                Task<int> t = new Task<int>(() => Sum(100));
    
                t.Start();
                t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("result:" + task.Result), TaskContinuationOptions.OnlyOnRanToCompletion);
                t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("canceled"), TaskContinuationOptions.OnlyOnCanceled);
                t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("failed"), TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);
    复制代码

    对于上面的这一窜代码,如果有未处理异常,同样会造成进程终止。你同样可以用TaskScheduler.UnobservedTaskException事件注册一个方法来处理。

    8)Task可以指定子任务,子任务没有完成,父任务的ContinueTask也不会执行。关于异常和上面的处理方法一样。因为这个也是不阻塞的,未处理异常暂时也只能在TaskScheduler.UnobservedTaskException里处理。

    复制代码
               Task<Int32[]> parent = new Task<int[]>(() =>
                    {
                        Int32[] result = new Int32[3];
                        new Task<Int32>(() => result[0] = Sum(100), TaskCreationOptions.AttachedToParent).Start();
                        new Task<Int32>(() => result[1] = Sum(200), TaskCreationOptions.AttachedToParent).Start();
                        new Task<Int32>(() => result[2] = Sum(300), TaskCreationOptions.AttachedToParent).Start();
    
                        return result;
                    });
    
                parent.ContinueWith(parentTask => Array.ForEach(parentTask.Result, num => Console.WriteLine(num)));
    
                parent.Start();
    复制代码

    9)TaskFactroy可以简化一组相似Task的创建工作。

    复制代码
    Task parent = new Task(() =>
                    {
                        CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
    
                        TaskFactory<Int32> tf = new TaskFactory<Int32>(cts.Token, TaskCreationOptions.AttachedToParent,
                            TaskContinuationOptions.ExecuteSynchronously, TaskScheduler.Default);
    
                        //create three child task
                        var childTasks = new[]{
                        tf.StartNew(()=>Sum(cts.Token,100)),
                        tf.StartNew(()=>Sum(cts.Token,200)),
                        tf.StartNew(()=>Sum(cts.Token,Int32.MaxValue))
                        };
    
                        //when one failed,cancel the other
                        for (int i = 0; i < childTasks.Length; i++)
                        {
                            childTasks[i].ContinueWith(task => cts.Cancel(), TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);
                        }
    
                        //display the maxvalue
                        tf.ContinueWhenAll(
                            childTasks, completeTasks => completeTasks.Where(
                                task => !task.IsCanceled && !task.IsFaulted).Max(t => t.Result),
                                CancellationToken.None).ContinueWith(task => Console.WriteLine("the max is:" + task.Result));
    
                    });
    
                //show exception
                parent.ContinueWith(p =>
                {
                    StringBuilder sb = new StringBuilder();
                    sb.AppendLine("error occours:");
                    foreach (var e in p.Exception.Flatten().InnerExceptions)
                    {
                        sb.AppendLine(e.Message);
                    }
                    Console.WriteLine(sb.ToString());
                }, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);
    
                parent.Start();
    复制代码

    4,对于协作取消要用CancellationTokenSource类。

    1)CancellationTokenSource.Token方法返回CancellationToken,可以将CancellationToken传入我们的工作方法,并查询CancellationToken.IsCancellationRequested属性来获得操作是否已取消。取消的情况下,可以结束工作方法。

    2)一般在主线程调用取消方法。CancellationToeknSource.Cancel。

    3)取消时可以加入回调方法,通过CancellationToken.Register方法注册。对于回调方法抛出的异常,可以捕捉Cancel方法,异常会被包装到AggregateException异常中,查询InnerExceptions可的异常的详细信息。

    4)CancellationTokenSource的静态方法CreateLinkedTokenSource可以创建一个关联的CreateLinkedTokenSource对象。任意其中的一个CreateLinkedTokenSource被取消,这个关联的CreateLinkedTokenSource就会被取消。

    5,任务调度器。

    分为线程池任务调度器(thread pool task scheduler)和同步上下文任务调度器(synchroliazation context task scheduler)。其中同步上下文任务调度器能将所有的任务调度给UI线程,这对于更新界面的异步操作相当有用!默认的调度器是线程池任务调度器。

    非UI线程更新UI界面会报错,可以用下面的方法,指定同步上下文任务调度器:

    复制代码
            TaskScheduler syncSch = TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext();
    
                Task<int> t = new Task<int>(() => Sum(100));
    
                //update UI with Synchronizationcontext
                t.ContinueWith(task => Text = task.Result.ToString(), syncSch);
    
                t.Start();
    复制代码

    6,非UI线程更新UI界面的方式总结

    详见我的另一篇文章:

    http://www.cnblogs.com/xiashengwang/archive/2012/08/18/2645541.html

    7,Parallel

    这个类提供了For,Foreach,Invoke静态方法。它内部封装了Task类。主要用于并行计算。

    复制代码
            private void ParallelTest2()
            {
                for (int i = 1; i < 5; i++)
                {
                    Console.WriteLine(DoWork(i));
                }
                //和上面的代码等价,但是是多线程并行执行的,注意这里的结束index不包含5
                var plr = Parallel.For(1, 5, i => Console.WriteLine(DoWork(i)));
            }
    
            private int DoWork(int num)
            {
                int sum = 0;
                for (int i = 0; i <= num; i++)
                {
                    sum += i;
                }
                return sum;
            }
    复制代码
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