async 和 await 出現(xiàn)在C# 5.0之后，給并行編程帶來了不少的方便，特別是當(dāng)在MVC中的Action也變成async之后，有點開始什么都是async的味道了。但是這也給我們編程埋下了一些隱患娘赴，有時候可能會產(chǎn)生一些我們自己都不知道怎么產(chǎn)生的Bug，特別是如果連線程基礎(chǔ)沒有理解的情況下奢入，更不知道如何去處理了筝闹。那今天我們就來好好看看這兩兄弟和他們的叔叔（Task）爺爺(Thread)們到底有什么區(qū)別和特點，本文將會對Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await腥光，這三種方式下的并行編程作一個概括性的介紹包括：開啟線程关顷，線程結(jié)果返回，線程中止武福，線程中的異常處理等议双。
創(chuàng)建線程
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Go).Start(); // .NET 1.0開始就有的
Task.Factory.StartNew(Go); // .NET 4.0 引入了 TPL
Task.Run(new Action(Go)); // .NET 4.5 新增了一個Run的方法
Console.ReadLine();
}
public static void Go()
{
Console.WriteLine("我是另一個線程");
}
}
}
這里面需要注意的是，創(chuàng)建Thread的實例之后捉片，需要手動調(diào)用它的Start方法將其啟動平痰。但是對于Task來說汞舱，StartNew和Run的同時，既會創(chuàng)建新的線程宗雇，并且會立即啟動它昂芜。
線程池
線程的創(chuàng)建是比較占用資源的一件事情，.NET 為我們提供了線程池來幫助我們創(chuàng)建和管理線程赔蒲。Task是默認(rèn)會直接使用線程池泌神，但是Thread不會。如果我們不使用Task舞虱，又想用線程池的話欢际，可以使用ThreadPool類。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("我是主線程：Thread Id {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go);
Console.ReadLine();
}
public static void Go(object data)
{
Console.WriteLine("我是另一個線程:Thread Id {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
}
}
傳入?yún)?shù)
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 沒有匿名委托之前矾兜，我們只能這樣傳入一個object的參數(shù)
new Thread(Go).Start("arg1");
new Thread(delegate ()
{ // 有了匿名委托之后...
GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
});
new Thread(() =>
{ // 當(dāng)然,還有 Lambada
GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
}).Start();
Task.Run(() =>
{ // Task能這么靈活损趋，也是因為有了Lambda呀。
GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
});
Console.ReadLine();
}
public static void Go(object data)
{
// TODO
Console.WriteLine("我是一個線程:{0}", data);
}
public static void GoGoGo(string arg1, string arg2, string arg3)
{
// TODO
Console.WriteLine("我是另一個線程:{0}{1}{2}", arg1, arg2, arg3);
}
}
}
返回值
Thead是不能返回值的椅寺，但是作為更高級的Task當(dāng)然要彌補(bǔ)一下這個功能浑槽。
using System;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var dayName = Task.Run<string>(() => { return GetDayOfThisWeek(); });
Console.WriteLine("今天是：{0}", dayName.Result);
Console.ReadLine();
}
public static string GetDayOfThisWeek()
{
return "Tuesday";
}
}
}
共享數(shù)據(jù)
上面說了參數(shù)和返回值，我們來看一下線程之間共享數(shù)據(jù)的問題配并。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
private static bool _isDone = false;
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static void Done()
{
if (!_isDone)
{
_isDone = true; // 第二個線程來的時候括荡，就不會再執(zhí)行了(也不是絕對的，取決于計算機(jī)的CPU數(shù)量以及當(dāng)時的運(yùn)行情況)
Console.WriteLine("Done");
}
}
}
}
線程之間可以通過static變量來共享數(shù)據(jù)溉旋。
線程安全
我們先把上面的代碼小小的調(diào)整一下，就知道什么是線程安全了嫉髓。我們把Done方法中的兩句話對換了一下位置 观腊。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
private static bool _isDone = false;
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static void Done()
{
if (!_isDone)
{
Console.WriteLine("Done"); // 猜猜這里面會被執(zhí)行幾次？
_isDone = true;
}
}
}
}
上面這種情況不會一直發(fā)生算行，但是如果你運(yùn)氣好的話梧油，就會中獎了。因為第一個線程還沒有來得及把_isDone設(shè)置成true州邢，第二個線程就進(jìn)來了儡陨，而這不是我們想要的結(jié)果，在多個線程下量淌，結(jié)果不是我們的預(yù)期結(jié)果骗村，這就是線程不安全。
鎖
要解決上面遇到的問題呀枢，我們就要用到鎖胚股。鎖的類型有獨占鎖，互斥鎖裙秋，以及讀寫鎖等琅拌，我們這里就簡單演示一下獨占鎖缨伊。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
private static bool _isDone = false;
private static object _lock = new object();
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static void Done()
{
lock (_lock)
{
if (!_isDone)
{
Console.WriteLine("Done"); // 猜猜這里面會被執(zhí)行幾次？
_isDone = true;
}
}
}
}
}
再我們加上鎖之后进宝，被鎖住的代碼在同一個時間內(nèi)只允許一個線程訪問刻坊，其它的線程會被阻塞，只有等到這個鎖被釋放之后其它的線程才能執(zhí)行被鎖住的代碼党晋。
Semaphore 信號量
我實在不知道這個單詞應(yīng)該怎么翻譯谭胚，從官方的解釋來看，我們可以這樣理解隶校。它可以控制對某一段代碼或者對某個資源訪問的線程的數(shù)量漏益，超過這個數(shù)量之后，其它的線程就得等待深胳，只有等現(xiàn)在有線程釋放了之后绰疤，下面的線程才能訪問。這個跟鎖有相似的功能舞终，只不過不是獨占的轻庆，它允許一定數(shù)量的線程同時訪問敛劝。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static SemaphoreSlim _sem = new SemaphoreSlim(3); // 我們限制能同時訪問的線程數(shù)量是3
static void Main(string[] args)
{
for (int i = 1; i <= 5; i++) new Thread(Enter).Start(i);
Console.ReadLine();
}
static void Enter(object id)
{
Console.WriteLine(id + " 開始排隊...");
_sem.Wait();
Console.WriteLine(id + " 開始執(zhí)行！");
Thread.Sleep(1000 * (int)id);
Console.WriteLine(id + " 執(zhí)行完畢夸盟，離開！");
_sem.Release();
}
}
}
在最開始的時候上陕，前3個排隊之后就立即進(jìn)入執(zhí)行桩砰，但是4和5，只有等到有線程退出之后才可以執(zhí)行释簿。
異常處理
其它線程的異常亚隅，主線程可以捕獲到么？
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
try
{
new Thread(Go).Start();
}
catch (Exception ex)
{
// 其它線程里面的異常庶溶，我們這里面是捕獲不到的煮纵。
Console.WriteLine("Exception!");
}
}
static void Go() { throw null; }
}
}
那么升級了的Task呢？
using System;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
try
{
var task = Task.Run(() => { Go(); });
task.Wait(); // 在調(diào)用了這句話之后偏螺，主線程才能捕獲task里面的異常
// 對于有返回值的Task, 我們接收了它的返回值就不需要再調(diào)用Wait方法了
// GetName 里面的異常我們也可以捕獲到
var task2 = Task.Run(() => { return GetName(); });
var name = task2.Result;
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("Exception!");
}
Console.ReadLine();
}
static void Go() { throw null; }
static string GetName() { throw null; }
}
}
一個小例子認(rèn)識async & await
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Test(); // 這個方法其實是多余的, 本來可以直接寫下面的方法
// await GetName()
// 但是由于控制臺的入口方法不支持async,所有我們在入口方法里面不能用await
Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.ReadLine();
}
static async Task Test()
{
// 方法打上async關(guān)鍵字行疏，就可以用await調(diào)用同樣打上async的方法
// await 后面的方法將在另外一個線程中執(zhí)行
await GetName();
}
static async Task GetName()
{
// Delay 方法來自于.net 4.5
await Task.Delay(1000); // 返回值前面加 async 之后，方法里面就可以用await了
Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine("In antoher thread.....");
}
}
}
await 的原形
await后的的執(zhí)行順序
await 之后不會開啟新的線程(await 從來不會開啟新的線程)砖茸，所以上面的圖是有一點問題的隘擎。
await 不會開啟新的線程，當(dāng)前線程會一直往下走直到遇到真正的Async方法（比如說HttpClient.GetStringAsync）凉夯，這個方法的內(nèi)部會用Task.Run或者Task.Factory.StartNew 去開啟線程货葬。也就是如果方法不是.NET為我們提供的Async方法采幌，我們需要自己創(chuàng)建Task，才會真正的去創(chuàng)建線程震桶。
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Main Thread Id: {0}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Test();
Console.ReadLine();
}
static async Task Test()
{
Console.WriteLine("Before calling GetName, Thread Id: {0}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
var name = GetName(); // 我們這里沒有用 await,所以下面的代碼可以繼續(xù)執(zhí)行
// 但是如果上面是 await GetName()休傍，下面的代碼就不會立即執(zhí)行，輸出結(jié)果就不一樣了蹲姐。
Console.WriteLine("End calling GetName.\r\n");
Console.WriteLine("Get result from GetName: {0}", await name);
}
static async Task<string> GetName()
{
// 這里還是主線程
Console.WriteLine("Before calling Task.Run, current thread Id is: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return await Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("'GetName' Thread Id: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Bobby";
});
}
}
}
