C# Task详解（学习）

原文地址：C# Task详解 - 五维思考 - 博客园 (cnblogs.com)

1. Task 的优势

　　ThreadPool 相对于 Thread 具备许多优势，但 ThreadPool 却又存在一些使用上的不方便。

　　比如：

　　　　ThreadPool 不支持线程的取消、完成、失败通知等交互性操作。

　　　　ThreadPool 不支持线程执行的先后次序。

　　以前，开发者要实现上述功能，需要完成很多额外的工作，现在，FCL中提供了一个功能更强大的概念：Task。Task 在线程池的基础上进行了优化，并提供了更多的API。在FCL4.0中，编写多线程程序，Task显然已经优于传统的方式。

　　简单的Demo：　

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

namespace TaskDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Task t = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine($"{DateTime.Now}  任务开始工作...");
                // 模拟工作过程
                Thread.Sleep(5000);
            });
            t.Start();
            t.ContinueWith((task) =>
            {
                Console.WriteLine($"{DateTime.Now}  任务完成，完成时的状态：");
                Console.WriteLine("IsCanceled={0}	IsCompleted={1}	IsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted);
            });
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

2. Task 用法

2.1 创建任务

2.1.1 无返回值的方式

方式1：

var t1 = new Task(()=>TaskMethod("Task 1"));
t1.Start();
Task.WaitAll(t1);    // 等待所有任务结束
// 注：任务的状态
//    Start 之前为Created
//    Start 之后为 WaitingToRun

方式2：

Task.Run(()=>TaskMethod("Task 2"));

方式3：

Task.Factory.StartNew(()=>TaskMethod("Task 3"));    // 直接异步的方法
// 或者
var t3 = Task.Factory.StartNew(()=>TaskMethod("Task 3"));
Task.WaitAll(t3);    // 等待所有任务结束
// 任务的状态：
// Start 之前：Running
// Start 之后：Running

示例：

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

namespace TaskDemo
{
    class Program
    {
       
        static void Main(string[] args)
        {
            

            #region Demo2
            var t1 = new Task(()=> TaskMethod("Task 1"));
            var t2 = new Task(()=> TaskMethod("Task 2"));
            t2.Start();
            t1.Start();
            Task.WaitAll(t1,t2);
            //Task.Run(()=>TaskMethod("Task 3"));   // 提示不包含该方法定义
            Task.Factory.StartNew(()=>TaskMethod("Task 4"));
            // 标记为长时间运行任务，则任务不会使用线程池，而在单独的线程中运行
            Task.Factory.StartNew(()=>TaskMethod("Task 5"), TaskCreationOptions.LongRunning);

            #region 常规使用方式
            Console.WriteLine("主线程执行业务处理。");
            // 创建任务
            Task task = new Task(()=>
            {
                Console.WriteLine("使用 System.Threading.Tasks.Task 执行异步操作。");
                for (int i = 0; i < 10; i++)
                {
                    Console.WriteLine(i);
                }
            });
            // 启动任务，并安排到当前任务队列线程中执行任务(System.Threading.Tasks.TaskScheduler)
            task.Start();
            Console.WriteLine("主线程执行其他处理。");
            task.Wait();
            #endregion

            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
            Console.ReadLine();
            #endregion
        }

        static void TaskMethod(string name)
        {
            Console.WriteLine("Task {0} is running on a thread id {1}. Is thread pool thread: {2}",
                name, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread);
        }
    }
}

两次运行不同的执行结果：

 asyn/await 的实现方式：

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace AsyncAwaitDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("主线程执行业务处理。");
            AsyncFunction();
            Console.WriteLine("主线程执行其他处理。");
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine(string.Format("Main: i = {0}", i));
            }
            Console.ReadLine();
        }

        async static void AsyncFunction()
        {
            await Task.Delay(1);
            Console.WriteLine("使用 System.Threading.Tasks.Task 执行异步操作。");
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine(string.Format("AsyncFunction: i = {0}", i));
            }
        }
    }
}

执行结果：

 

 将 await Task.Delay(1); 移动到 AsyncFunction 方法的最后，执行结果：

 （二）带返回值的方式

方式4：

Task<int> task = CreateTask("Task 1");
task.Start();
int result = task.Result;

示例：

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

namespace TaskDemo
{
    class Program
    {

        static void Main(string[] args)
        { #region Demo3
            TaskMethod("Main Thread Task");

            Task<int> task = CreateTask("Task 1");
            task.Start();
            int result = task.Result;
            Console.WriteLine("Task 1 Result is : {0}", result);

            task = CreateTask("Task 2");
            // 该任务会运行在主线程中
            task.RunSynchronously();
            result = task.Result;
            Console.WriteLine("Task 2 Result is : {0}", result);

            task = CreateTask("Task 3");
            Console.WriteLine(task.Status);
            task.Start();

            while (!task.IsCompleted)
            {
                Console.WriteLine(task.Status);
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
            }

            Console.WriteLine(task.Status);
            result = task.Result;
            Console.WriteLine("Task 3 Result is : {0}", result);

            #region 常规使用方式
            // 创建任务
            Task<int> getsumtask = new Task<int>(()=>GetSum());
            // 启动任务，并安排到当前任务队列线程中执行任务(System.Threading.Tasks.TaskScheduler)
            getsumtask.Start();
            Console.WriteLine("主线程执行其他处理");
            // 等待任务的完成执行过程。
            getsumtask.Wait();
            // 获得任务的执行结果
            Console.WriteLine("任务执行结果: {0}", getsumtask.Result.ToString());
            #endregion

            Console.ReadLine();
            #endregion
        }

        static Task<int> CreateTask(string name)
        {
            return new Task<int>(() => TaskMethod(name));
        }

        static int TaskMethod(string name)
        {
            Console.WriteLine("["+DateTime.Now +"]Task {0} is running on a thread id {1}. Is thread pool thread: {2}",
                name, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread);
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            return 42;
        }

        static int GetSum()
        {
            int sum = 0;
            Console.WriteLine("使用 Task 执行异步操作。");
            for (int i = 0; i < 100; i++)
            {
                sum += i;
            }
            return sum;
        }
            
    }
}

执行结果：

 async / await 的实现

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace TaskDemo
{
    class Program
    {
        public static void Main()
        {
            var ret1 = AsyncGetsum();
            Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}]主线程执行其他处理。");
            for (int i = 1; i <= 3; i++)
                Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}]Call Main()");
            int result = ret1.Result;                  //阻塞主线程
            Console.WriteLine("["+DateTime.Now+"]任务执行结果：{0}", result);
        }

        async static Task<int> AsyncGetsum()
        {
            await Task.Delay(1);
            int sum = 0;
            Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}]使用 Task 执行异步操作");
            for (int i = 0; i < 100; i++)
            {
                sum += i;
            }
            return sum;
        }
    }
}

执行结果：

 2.2 组合任务  ContinueWith

简单Demo：

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace ContiuneWithDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region Demo1
            // 创建一个任务
            Task<int> task = new Task<int>(() =>
            {
                int sum = 0;
                Console.WriteLine("使用 Task 执行异步操作。");
                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    sum += i;
                }
                return sum;
            });
            // 启动任务，并安排到当前任务队列线程中执行任务（System.Threading.Tasks.TaskScheduler）
            task.Start();
            // 任务完成时执行处理。
            Task cwt = task.ContinueWith(t =>
            {
                Console.WriteLine("任务完成后的执行结果：{0}", t.Result.ToString());
            });
            task.Wait();
            cwt.Wait();
            Console.ReadKey();
            #endregion
        }
    }
}

执行结果：

 任务的串行：

ConcurrentStack<int> stack = new ConcurrentStack<int>();
// t1 先串行
var t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
   stack.Push(1);
   stack.Push(2);
 7 });
// t2,t3 并行执行
var t2 = t1.ContinueWith(t =>
{
   int result;
   stack.TryPop(out result);
   Console.WriteLine("Task t2 result={0}, Thread id {1}", result, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
// t2,t3 并行执行
var t3 = t1.ContinueWith(t =>
{
   int result;
   stack.TryPop(out result);
   Console.WriteLine("Task t3 result={0}, Thread id {1}", result, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
// 等待 t2 和 t3 执行完
Task.WaitAll(t2, t3);
// t4 串行执行
var t4 = Task.Factory.StartNew(() =>
{
   Console.WriteLine("当前集合元素个数：{0}, Thread id {1}", stack.Count, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
});
t4.Wait();

Console.ReadKey();

 执行结果：

子任务：

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace ContiuneWithDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Task<string[]> parent = new Task<string[]>(state =>
            {
                Console.WriteLine(state);
                string[] result = new string[2];
                // 创建并启动子任务
                new Task(() => { result[0] = "我是子任务1。"; }, TaskCreationOptions.AttachedToParent).Start();
                new Task(() => { result[1] = "我是子任务2。"; }, TaskCreationOptions.AttachedToParent).Start();
                return result;
            }, "我是父任务，并在我的处理过程中创建多个子任务，所有子任务完成以后我才会结束执行。");
            // 任务处理完成后执行的操作
            parent.ContinueWith(t => { Array.ForEach(t.Result, r => Console.WriteLine(r)); });
            // 启动父任务
            parent.Start();
            // 等待任务结束 Wait 只能等待父线程结束，没办法等到父线程的 ContinueWith 结束
            parent.Wait();
            Console.ReadLine();   
        }
    }
}     

执行结果：

 动态并行（TaskCreationOptions.AttachedToParent）父任务等待所有子任务完成后，整个任务才算完成

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace ContiuneWithDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Node root = GetNode();
            DisplayTree(root);
            Console.ReadKey();
         }
 
        class Node
        {
            public Node Left { get; set; }
            public Node Right { get; set; }
            public string Text { get; set; }
        }

        static Node GetNode()
        {
            Node root = new Node
            {
                Left = new Node
                {
                    Left = new Node
                    {
                        Text = "L-L"
                    },
                    Right = new Node
                    {
                        Text = "L-R"
                    },
                    Text = "L"
                },
                Right = new Node
                {
                    Left = new Node
                    {
                        Text = "R-L"
                    },
                    Right = new Node
                    {
                        Text = "R-R"
                    },
                    Text = "R"
                },
                Text = "Root"
            };
            return root;
        }

        static void DisplayTree(Node root)
        {
            var task = Task.Factory.StartNew(()=>DisplayNode(root),
                CancellationToken.None,
                TaskCreationOptions.None,
                TaskScheduler.Default);
            task.Wait();
        }

        static void DisplayNode(Node current)
        {
            if (current.Left != null)
            {
                Task.Factory.StartNew(()=>DisplayNode(current.Left),
                    CancellationToken.None,
                    TaskCreationOptions.AttachedToParent,
                    TaskScheduler.Default);
            }
            if (current.Right != null)
            {
                Task.Factory.StartNew(()=>DisplayNode(current.Right),
                    CancellationToken.None,
                    TaskCreationOptions.AttachedToParent,
                    TaskScheduler.Default);
            }
            Console.WriteLine("当前节点的值为{0}；处理的 ThreadId = {1}", current.Text, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        }
    }
}

执行结果：

2.3 取消任务 CancellationTokenSource

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

namespace CanellationTokenSourceDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var cts = new CancellationTokenSource();
            var longTask = new Task<int>(()=>TaskMethod("Task 1", 10, cts.Token), cts.Token);
            Console.WriteLine(longTask.Status);
            cts.Cancel();
            Console.WriteLine(longTask.Status);
            Console.WriteLine("First task has been canelled before execution.");
            cts = new CancellationTokenSource();
            longTask = new Task<int>(()=>TaskMethod("Task 2", 10, cts.Token), cts.Token);
            longTask.Start();
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                Console.WriteLine(longTask.Status);
            }
            cts.Cancel();
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
                Console.WriteLine(longTask.Status);
            }
            Console.WriteLine("A task has been completed with result {0}.", longTask.Result);
            Console.ReadKey();
        }

        private static int TaskMethod(string name, int seconds, CancellationToken token)
        {
            Console.WriteLine("Task {0} is running on a thread id {1}. Is thread pool thread: {2}",
                name, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread);
            for (int i = 0; i < seconds; i++)
            {
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                if (token.IsCancellationRequested)
                {
                    return -1;
                }
            }
            return 42 * seconds;
        }
    }
}