C#多线程(14)：任务基础②

[TOC]

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

IsCanceled

和

IsFaulted

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<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 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<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 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<Task> 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();

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();
}

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

TaskCreationOptions

和

TaskContinuationOptions

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<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 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();
}

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<Task> tasks = new List<Task>();

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

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

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

Task<int[]> 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<Task> tasks = new List<Task>();

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()

和

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<Task> tasks = new List<Task>();

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	值	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<Task> tasks = new List<Task>();

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。