使用Task代替ThreadPool和Thread

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：

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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：

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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：

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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：

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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：

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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：

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while (true)

{

//ct.ThrowIfCancellationRequested();

if (result == 5)

{

throw new Exception("error");

}

result++;

Thread.Sleep(1000);

}

模拟异常后的输出为：

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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：

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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：

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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。

下面说下如何正确停止线程





开发者总尝试对自己的代码有更多的控制。“让那个还在工作的线程马上停止下来”就是诸多要求中的一种。然而事与愿违，这里面至少存在两个问题：

第一个问题是：正如线程不能立即启动一样，线程也并不能说停就停。无论采用何种方式通知工作线程需要停止，工作线程都会忙完手头最紧要的活，然后在它觉得合适的时候退出。以最传统的Thread.Abort方法为例，如果线程当前正在执行的是一段非托管代码，那么CLR就不会抛出ThreadAbortException，只有当代码继续回到CLR中时，才会引发ThreadAbortException。当然，即便是在CLR环境中，ThreadAbortException也不会立即引发。

其次，正确停止线程，不在于调用者采取了什么行为（如最开始的Thread.Abort()方法），而更多依赖于工作线程是否能主动响应调用者的停止请求。大体机制是，如果线程需要被停止，那么线程自身就得负责开放给调用者这样的接口：Cancled，然后线程在工作的同时，还得以某种频率检测Cancled标识，若检测到Cancled，线程自己负责退出。

FCL现在为我们提供了标准的取消模式：协作式取消（Cooperative Cancellation）。协作式取消的机制就是上文提到的机制。下面是一个最基础的协作式取消的样例：

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CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

Thread t = new Thread(() =>

{

while (true)

{

if (cts.Token.IsCancellationRequested)

{

Console.WriteLine("线程被终止！");

break;

}

Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString());

Thread.Sleep(1000);

}

});

t.Start();

Console.ReadLine();

cts.Cancel();

调用者使用CancellationTokenSource的Cancle方法通知工作线程退出。工作线程则以大致1000毫秒的频率一边工作，一边检查是否有外界传入进来的Cancel信号。若有这样的信号，则负责退出。可以看到，在正确停止线程的机制中，真正起到主要作用的是线程本身。样例中的工作代码比较简单，不过也足以说明问题。更复杂的计算式的工作，也应该以这样的一种方式，妥善而正确地处理退出。

协作式取消中的关键类型是CancellationTokenSource。它有一个关键属性Token，Token是一个名为CancellationToken的值类型。CancellationToken继而进一步提供了布尔值的属性IsCancellationRequested作为需要取消工作的标识。CancellationToken还有一个方法尤其值得注意，那就是Register方法。它负责传递一个Action委托，在线程停止的时候被回调，使用方法如：

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cts.Token.Register(() =>

{

Console.WriteLine("工作线程被终止了。");

});

本建议中的例子使用Thread进行了演示，使用ThreadPool也是一样的模式，这里就不再赘述。后面我们还会讲到任务Task，它依赖于CancellationTokenSource和CancellationToken完成了所有的取消控制。

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：

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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：

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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：

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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：

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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：

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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：

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while (true)

{

//ct.ThrowIfCancellationRequested();

if (result == 5)

{

throw new Exception("error");

}

result++;

Thread.Sleep(1000);

}

模拟异常后的输出为：

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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：

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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：

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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。

下面说下如何正确停止线程





开发者总尝试对自己的代码有更多的控制。“让那个还在工作的线程马上停止下来”就是诸多要求中的一种。然而事与愿违，这里面至少存在两个问题：

第一个问题是：正如线程不能立即启动一样，线程也并不能说停就停。无论采用何种方式通知工作线程需要停止，工作线程都会忙完手头最紧要的活，然后在它觉得合适的时候退出。以最传统的Thread.Abort方法为例，如果线程当前正在执行的是一段非托管代码，那么CLR就不会抛出ThreadAbortException，只有当代码继续回到CLR中时，才会引发ThreadAbortException。当然，即便是在CLR环境中，ThreadAbortException也不会立即引发。

其次，正确停止线程，不在于调用者采取了什么行为（如最开始的Thread.Abort()方法），而更多依赖于工作线程是否能主动响应调用者的停止请求。大体机制是，如果线程需要被停止，那么线程自身就得负责开放给调用者这样的接口：Cancled，然后线程在工作的同时，还得以某种频率检测Cancled标识，若检测到Cancled，线程自己负责退出。

FCL现在为我们提供了标准的取消模式：协作式取消（Cooperative Cancellation）。协作式取消的机制就是上文提到的机制。下面是一个最基础的协作式取消的样例：

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CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

Thread t = new Thread(() =>

{

while (true)

{

if (cts.Token.IsCancellationRequested)

{

Console.WriteLine("线程被终止！");

break;

}

Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString());

Thread.Sleep(1000);

}

});

t.Start();

Console.ReadLine();

cts.Cancel();

调用者使用CancellationTokenSource的Cancle方法通知工作线程退出。工作线程则以大致1000毫秒的频率一边工作，一边检查是否有外界传入进来的Cancel信号。若有这样的信号，则负责退出。可以看到，在正确停止线程的机制中，真正起到主要作用的是线程本身。样例中的工作代码比较简单，不过也足以说明问题。更复杂的计算式的工作，也应该以这样的一种方式，妥善而正确地处理退出。

协作式取消中的关键类型是CancellationTokenSource。它有一个关键属性Token，Token是一个名为CancellationToken的值类型。CancellationToken继而进一步提供了布尔值的属性IsCancellationRequested作为需要取消工作的标识。CancellationToken还有一个方法尤其值得注意，那就是Register方法。它负责传递一个Action委托，在线程停止的时候被回调，使用方法如：

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cts.Token.Register(() =>

{

Console.WriteLine("工作线程被终止了。");

});

本建议中的例子使用Thread进行了演示，使用ThreadPool也是一样的模式，这里就不再赘述。后面我们还会讲到任务Task，它依赖于CancellationTokenSource和CancellationToken完成了所有的取消控制。