C# Winform 基于Task的异步与延时执行

一、Task的机制

Task位于命名空间System.Threading.Tasks中，是.NET 4.0加入的新模块，其实现机制大致类似于线程池ThreadPool，不过对于ThreadPool来说Task的优势是很明显的：
ThreadPool的实现机制：（一对多）
1、应用程序拥有一个用于存放委托的全局队列；2、使用ThreadPool.QueueUserWorkItem将新的委托加入到全局队列；3、线程池中的多个线程按照先进先出的方式取出委托并执行。
Task的实现机制：（多对多）1、应用程序拥有一个用于存放Task（包装的委托）的全局队列（存放主程序创建的Task，标记为了TaskCreationOptions.PreferFairness的Task），以及线程池中每个工作线程对应的本地队列（存放该工作线程创建的Task）；2、使用new Task()或Task.Factory.StartNew将新的Task加入到指定队列；3、线程池中的多个线程按照优先处理本地队列，其次处理全局队列的方式取出Task并执行；4、如果工作线程A发现本地队列为空（Task已处理完毕），那么A就会尝试去全局队列中获取Task，如果全局队列也为空，那么A就会到工作线程B的本地队列中“窃取”一个Task来执行，这种策略很明显的使得CPU更加充分的利用了并行执行。
参考资料：http://www.danielmoth.com/Blog/New-And-Improved-CLR-4-Thread-Pool-Engine.aspx

二、Task的使用

创建Task并运行：

//新建一个Task
Task t1 = new Task(() => {
Console.WriteLine("Task完成！");
});
//启动Task
t1.Start();

Console.WriteLine("UI线程完成！");

上面是用new关键字创建，等同于如下使用Task.Factory（Task工厂）创建的方式：

//新建一个Task（Task工厂创建，自动启动）
Task t1 = Task.Factory.StartNew(() => {
Console.WriteLine("Task完成！");
});

Console.WriteLine("UI线程完成！");

这里为了简便使用了Lambda表达式（=> 为Lambda运算符），上面两部分代码都等同于如下：

void Test()
{
Console.WriteLine("Task完成！");
}

Action action = new Action(Test);

//新建一个Task
Task t1 = new Task(action);
//启动Task
t1.Start();

Console.WriteLine("UI线程完成！");

运行效果图：



Task的执行方式有同步和异步两种，上面的方式很明显是异步执行，我们可以看到做为主线程的UI线程是先一步执行完的。
那么要怎么样才能实现Task的同步执行呢？主要就这一个方法：Wait()！
代码如下：

//新建一个Task
Task t1 = new Task(() => {
Console.WriteLine("Task完成！");
});
//启动Task
t1.Start();

Console.WriteLine("UI线程开始等待！");//①

t1.Wait();

Console.WriteLine("UI线程完成！");//②

运行效果图：



主线程运行到t1.Wait()时，会读取t1的状态，当发现任务t1还未执行结束时，主线程便会阻塞在这个位置（只是阻塞在t1.Wait()位置，也就是说t1.Wait()之前的代码①照旧执行），当读取到t1的状态为已经执行结束时，主线程才会再次恢复执行，从t1.Wait()之后的位置②继续往下执行。
当然，当有多个任务都需要保持同步执行时，可以使用Task.WaitAll方法同时等待多个任务完成，代码如下：

//新建一个Task
Task t1 = new Task(() => {
Console.WriteLine("Task1完成！");
});
//新建一个Task
Task t2 = new Task(() => {
Console.WriteLine("Task2完成！");
});
//启动Task
t1.Start();
t2.Start();

Console.WriteLine("UI线程开始等待！");

//等待t1，t2都完成
Task.WaitAll(t1,t2);

Console.WriteLine("UI线程完成！");

运行效果图：



当然，对于Task的操作还有更多，这里对于我的需求无关紧要，所以不再列举，详情请参见MSDN的API文档：
https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.tasks.task(v=vs.110).aspx

三、基于Task的异步与延时

我在这里进行了如下封装：

/// <summary>
/// 开始一个异步任务
/// </summary>
/// <param name="taskAction">异步任务执行委托</param>
/// <param name="taskEndAction">异步任务执行完毕后的委托（会跳转回UI线程）</param>
/// <param name="control">UI线程的控件</param>
public void StartAsyncTask(Action taskAction, Action taskEndAction, Control control)
{
if (control == null)
{
return;
}

Task task = new Task(() => {
try
{
taskAction();

//返回UI线程
control.Invoke(new Action(() =>
{
taskEndAction();
}));
}
catch (Exception e)
{
MessageBox.Show(e.Message);
}
});

task.Start();
}

/// <summary>
/// 开始一个延时任务
/// </summary>
/// <param name="DelayTime">延时时长（秒）</param>
/// <param name="taskEndAction">延时时间完毕之后执行的委托（会跳转回UI线程）</param>
/// <param name="control">UI线程的控件</param>
public void StartDelayTask(int DelayTime, Action taskEndAction, Control control)
{
if (control == null)
{
return;
}

Task task = new Task(() => {
try
{
Thread.Sleep(DelayTime * 1000);

//返回UI线程
control.Invoke(new Action(() =>
{
taskEndAction();
}));
}
catch (Exception e)
{
MessageBox.Show(e.Message);
}
});

task.Start();
}

StartAsyncTask主要是执行一个异步操作，并在异步操作完成后执行指定的委托，这里因为Task的执行机制依然是多线程，由于winform的线程安全性使得非UI线程无法访问UI线程中的UI控件，所以在Task操作结束后执行的委托有必要返回到UI线程中，也就是说StartAsyncTask主要的功能就是在taskAction中执行一系列的异步运算，运算结束之后在taskEndAction中进行一些可视化的表现，比如给某某UI控件赋值。

StartDelayTask几乎等同于StartAsyncTask，只不过他更加的表现出来一种延时的特性，事实上在StartAsyncTask的taskAction中加入线程Sleep也就是StartDelayTask的效果了。

StartAsyncTask的使用，异步耗时操作：

//显示耗时等待界面（比如一串文字：正在加载，请稍等......）
WaitPage.ShowWait();

StartAsyncTask(
() => {
//进行耗时操作......
},
() => {
//耗时操作完成，隐藏耗时等待界面
WaitPage.HideWait();
},
this);

StartDelayTask的使用，异步延时等待：

Console.WriteLine("我军将在三秒后发起反击！");

StartDelayTask(
//等待的秒数
3,
() => {
//等待结束要做的事
Console.WriteLine("我军开始反击！");
},
this);

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine(String.Format("敌军第{0}轮进攻！",i));
}

运行效果图：