C#——多线程之Task

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前言

在代码编写过程中，经常会用到多线程的知识，实现方法有很多种，突然想总结并理清楚其中的相关性与差异性。故以此开篇总结各种工具的用法与注意事项。本篇将对Task稍作总结。

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一、Task是什么？

Task 是 .NET 中用于表示异步操作的类，它提供了一种简单和强大的方式来处理异步编程。Task 可以用于各种应用场景和功能，包括：

1. 异步执行代码：Task 允许在单独的线程上执行代码块，从而避免阻塞主线程，提高程序的响应性和并发性。
2. 等待异步操作完成：通过 await 关键字可以等待 Task 完成，从而实现非阻塞的异步操作。
3. 并行执行多个任务：Task 可以用于并行执行多个独立的任务，从而加快任务的完成速度，提高系统的性能。
4. 处理异常：Task 提供了异常处理机制，可以在异步操作中捕获和处理异常。
5. 轻量级的线程管理：Task 使用线程池来管理线程，避免了频繁创建和销毁线程的开销，使得线程的管理更加高效。
6. 取消异步操作：Task 支持取消操作，可以通过 CancellationToken 来取消正在进行的异步操作。

总的来说，Task 是一种非常有用的工具，它在异步编程中起着至关重要的作用，可以帮助开发人员编写高效、响应式和可靠的异步代码。

二、各应用场景以及实例分析

1.异步执行代码

假设我们需要在后台线程中执行一个耗时的操作，而不阻塞主线程。使用 Task 可以很方便地实现这一点。例如，我们可以使用 Task.Run 方法在后台线程中执行一个计算操作，然后在主线程中继续执行其他代码：

代码如下（示例）：

        static void Main(string[] args)
        {
            Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine("task");
                Task.Delay(2000).Wait(); //模拟耗时操作
                Console.WriteLine("taskEnd");
            });
            Task.Delay(1000).Wait();
            Console.WriteLine($"main");
            Console.ReadKey();
        }

结果如下图：

2.等待异步操作完成

使用 await 关键字可以等待 Task 完成，从而实现非阻塞的异步操作。例如，在 Windows Forms 或 WPF 应用程序中，我们可以在异步方法中使用 await 来等待异步操作完成后更新 UI：

        public static async Task wait()
        {
            await Task.Delay(2000); //将等待2秒后，继续执行下面的代码
            Console.WriteLine("Wait 2000 ms");
        }

3.并行执行多个任务

假设我们有多个独立的任务，可以使用 Task.WhenAll 方法来等待它们执行完成。
代码如下（示例）：

        static async Task test()
        {
            Task[] tasks = new Task[3];
            tasks[0] = wait();
            tasks[1] = wait2();
            tasks[2] = wait3();

            await Task.WhenAll(tasks);

            Console.WriteLine("main");
            Console.ReadKey();

        }
        public static async Task wait()
        {
            await Task.Delay(2000);
            Console.WriteLine("Wait 2000 ms");
        }
        public static async Task wait2()
        {
            await Task.Delay(3000);
            Console.WriteLine("Wait 3000 ms");
        }
        public static async Task wait3()
        {
            await Task.Delay(4000);
            Console.WriteLine("Wait 4000 ms");
        }

结果如下图：

ps：
上述代码有个小细节：在 test() 方法中，没有显式地调用 Start() 方法，因为在使用 async/await 时不需要手动启动任务。async 方法本身会确保异步方法在调用时会自动启动，所以不需要手动调用 Start()。

遇到点小问题：
我在通过入下代码，new task进行新建，start进行启动时，出现Main在wait 。。前先被打印出来如下：

        static async Task test()
        {
            Task[] tasks = new Task[3]
            {
               new Task( ()=>  wait()),
               new Task( ()=>  wait2()),
               new Task( ()=>  wait3())
            };
            foreach (var item in tasks)
            {
                item.Start();
            }
            await Task.WhenAll(tasks);
            Console.WriteLine("main");
            Console.ReadKey();
        }

Task.WhenAll() 方法只能等待当前线程池中的任务完成。如果任务没有被调度到线程池上运行，那么 Task.WhenAll() 方法将无法等待这些任务完成。
当你使用 Task.Run() 或 Task.Factory.StartNew() 方法创建任务时，这些任务会被自动调度到线程池上运行，因此 Task.WhenAll() 方法可以等待它们的完成。
而通过 new Task() 创建任务对象后，手动调用 Start() 方法来启动任务，但这些任务并没有被自动调度到线程池上运行。因此，Task.WhenAll() 方法无法等待这些任务完成。

4.处理异常

Task 提供了异常处理机制，可以在异步操作中捕获和处理异常。例如，我们可以使用 try-catch 块来处理异步操作中可能抛出的异常：

        static void Main(string[] args)
        {
            test();
            Console.WriteLine("main");
            Console.ReadKey();
        }

        static async void test()
        {
            try
            {
                await wait();
            }
            catch (Exception)
            {
                Console.WriteLine("报错啦！");
            }
        }


        public static async Task wait()
        {
            await Task.Delay(2000);
            Console.WriteLine("Wait 2000 ms");
            throw new Exception("wwww");
        }

结果如下：

ps：此处需要注意的是try/catch在await上下文时才能生效，否则无法捕获到异常。

5.取消异步操作

Task 支持取消操作，可以通过 CancellationToken 来取消正在进行的异步操作。例如，我们可以在异步方法中检查 CancellationToken 的状态，并在需要时取消操作：

        static void Main(string[] args)
        {

            CancellationTokenSource cancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();
            CancellationToken cancellationToken = cancellationTokenSource.Token;

            Task.Run(async () =>
            {
                try
                {
                    int i = 0;
                    while (!cancellationToken.IsCancellationRequested)
                    {
                        await Task.Delay(1000);
                        Console.WriteLine($"第{i}次等待");
                        i += 1;
                    }
                    cancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();//可弹出OperationCanceledException类型的错误
                }
                catch (OperationCanceledException)
                {
                    Console.WriteLine($"任务被取消");
                }
            }, cancellationToken);

            Thread.Sleep(5000);
            cancellationTokenSource.Cancel();//取消任务

            Console.ReadKey();
        }

结果如下图：

ps：其实通过一个全局布尔变量也可以达到上面中止任务的效果，但cancellationToken中封装了一些取消任务后的回调，减少了自己码代码的时间，但增加了学习理解的成本。

三、一些其他问题

1.WhenAll与WhenAny的区别

WhenAll：是要等待所以的任务完成才返回；如上文并行任务章节内容。
WhenAny：只要一个任务完成，就立马结束等待。如下。

        static async Task test()
        {
            Task[] tasks = new Task[3];
            tasks[0] = wait();
            tasks[1] = wait2();
            tasks[2] = wait3();
            
            await Task.WhenAny(tasks);
            Console.WriteLine("main");
            Console.ReadKey();
        }

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总结

上文我们通过各实例内容，粗略了解了Task的各种应用，在使用中还会遇见多种问题，在此无法详尽的列举出来。在以后的过程中，如果遇见问题的话我会陆续更新到这里，希望本文对大家有所帮助。下次我们将继续了解多线程中的Thread。我们下次再见。