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：