改善C#程序的建议9：使用Task代替ThreadPool和Thread

作者：Luminji

转自：/article/4723337.html

一：Task的优势
ThreadPool相比Thread来说具备了很多优势，但是ThreadPool却又存在一些使用上的不方便。比如：
1: ThreadPool不支持线程的取消、完成、失败通知等交互性操作；
2: ThreadPool不支持线程执行的先后次序；
以往，如果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，如果我们要编写多线程程序，Task显然已经优于传统的方式。
以下是一个简单的任务示例：

static void Main(string[] args)
{
Task t = new Task(() =>
{
Console.WriteLine("任务开始工作……");
//模拟工作过程
Thread.Sleep(5000);
});
t.Start();
t.ContinueWith((task) =>
{
Console.WriteLine("任务完成，完成时候的状态为：");
Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted);
});
Console.ReadKey();
}

二：Task的完成状态

任务Task有这样一些属性，让我们查询任务完成时的状态：
1: IsCanceled，因为被取消而完成；
2: IsCompleted，成功完成；
3: IsFaulted，因为发生异常而完成
需要注意的是，任务并没有提供回调事件来通知完成（像BackgroundWorker一样），它通过启用一个新任务的方式来完成类似的功能。ContinueWith方法可以在一个任务完成的时候发起一个新任务，这种方式天然就支持了任务的完成通知：我们可以在新任务中获取原任务的结果值。
下面是一个稍微复杂一点的例子，同时支持完成通知、取消、获取任务返回值等功能：

static void Main(string[] args)
{
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
Task<int> t = new Task<int>(() => Add(cts.Token), cts.Token);
t.Start();
t.ContinueWith(TaskEnded);
//等待按下任意一个键取消任务
Console.ReadKey();
cts.Cancel();
Console.ReadKey();
}

static void TaskEnded(Task<int> task)
{
Console.WriteLine("任务完成，完成时候的状态为：");
Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted);
Console.WriteLine("任务的返回值为：{0}", task.Result);
}

static int Add(CancellationToken ct)
{
Console.WriteLine("任务开始……");
int result = 0;
while (!ct.IsCancellationRequested)
{
result++;
Thread.Sleep(1000);
}
return result;
}

在任务开始后大概3秒钟的时候按下键盘，会得到如下的输出：

任务开始……
任务完成，完成时候的状态为：
IsCanceled=False        IsCompleted=True        IsFaulted=False
任务的返回值为：3

你也许会奇怪，我们的任务是通过Cancel的方式处理，为什么完成的状态IsCanceled那一栏还是False。这是因为在工作任务中，我们对于IsCancellationRequested进行了业务逻辑上的处理，并没有通过ThrowIfCancellationRequested方法进行处理。如果采用后者的方式，如下：

static void Main(string[] args)
{
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
Task<int> t = new Task<int>(() => AddCancleByThrow(cts.Token), cts.Token);
t.Start();
t.ContinueWith(TaskEndedByCatch);
//等待按下任意一个键取消任务
Console.ReadKey();
cts.Cancel();
Console.ReadKey();
}

static void TaskEndedByCatch(Task<int> task)
{
Console.WriteLine("任务完成，完成时候的状态为：");
Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted);
try
{
Console.WriteLine("任务的返回值为：{0}", task.Result);
}
catch (AggregateException e)
{
e.Handle((err) => err is OperationCanceledException);
}
}

static int AddCancleByThrow(CancellationToken ct)
{
Console.WriteLine("任务开始……");
int result = 0;
while (true)
{
ct.ThrowIfCancellationRequested();
result++;
Thread.Sleep(1000);
}
return result;
}

那么输出为：

任务开始……
任务完成，完成时候的状态为：
IsCanceled=True       IsCompleted=True        IsFaulted=False

在任务结束求值的方法TaskEndedByCatch中，如果任务是通过ThrowIfCancellationRequested方法结束的，对任务求结果值将会抛出异常OperationCanceledException，而不是得到抛出异常前的结果值。这意味着任务是通过异常的方式被取消掉的，所以可以注意到上面代码的输出中，状态IsCancled为True。

再一次，我们注意到取消是通过异常的方式实现的，而表示任务中发生了异常的IsFaulted状态却还是等于False。这是因为ThrowIfCancellationRequested是协作式取消方式类型CancellationTokenSource的一个方法，CLR进行了特殊的处理。CLR知道这一行程序开发者有意为之的代码，所以不把它看作是一个异常（它被理解为取消）。要得到IsFaulted等于True的状态，我们可以修改While循环，模拟一个异常出来：

while (true)
{
//ct.ThrowIfCancellationRequested();
if (result == 5)
{
throw new Exception("error");
}
result++;
Thread.Sleep(1000);
}

模拟异常后的输出为：

任务开始……
任务完成，完成时候的状态为：
IsCanceled=False        IsCompleted=True        IsFaulted=True

三：任务工厂

Task还支持任务工厂的概念。任务工厂支持多个任务之间共享相同的状态，如取消类型CancellationTokenSource就是可以被共享的。通过使用任务工厂，可以同时取消一组任务：

static void Main(string[] args)
{
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
//等待按下任意一个键取消任务
TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
Task[] tasks = new Task[]
{
taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token)),
taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token)),
taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token))
};
//CancellationToken.None指示TasksEnded不能被取消
taskFactory.ContinueWhenAll(tasks, TasksEnded, CancellationToken.None);
Console.ReadKey();
cts.Cancel();
Console.ReadKey();
}

static void TasksEnded(Task[] tasks)
{
Console.WriteLine("所有任务已完成！");
}

以上代码输出为：

任务开始……
任务开始……
任务开始……
所有任务已完成（取消）！

本建议演示了Task（任务）和TaskFactory（任务工厂）的使用方法。Task甚至进一步优化了后台线程池的调度，加快了线程的处理速度。在FCL4.0时代，使用多线程，我们理应更多地使用Task。