C#多线程(14):任务基础②

内容纲要

上一篇,我们学习了任务的基础,学会多种方式场景任务和执行,异步获取返回结果等。上一篇讲述的知识比较多,这一篇只要是代码实践和示例操作。

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 IsCanceledIsFaulted 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 task = new Task(() =>
            {
                // 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 task = new Task(() =>
            {
                // 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 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();

《C#多线程(14):任务基础②》

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();
            }

《C#多线程(14):任务基础②》

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 TaskCreationOptionsTaskContinuationOptions 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 task = new Task(() =>
            {
                // 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();
        }

《C#多线程(14):任务基础②》

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 tasks = new List();

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

            // public static Task WhenAll(IEnumerable 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> tasks = new List>();

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

            Task 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 tasks = new List();

            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()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 tasks = new List();

            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 tasks = new List();

            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。

笔者不写 WPF 和 WinForm ,所以,这个东西,跳过。哈哈哈哈。

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