async await的前世今生
async 和 await 出现在C# 5.0之后,给并行编程带来了不少的方便,特别是当在MVC中的Action也变成async之后,有点开始什么都是async的味道了。但是这也给我们编程埋下了一些隐患,有时候可能会产生一些我们自己都不知道怎么产生的Bug,特别是如果连线程基础没有理解的情况下,更不知道如何去处理了。那今天我们就来好好看看这两兄弟和他们的叔叔(Task)爷爷(Thread)们到底有什么区别和特点,本文将会对Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await,这三种方式下的并行编程作一个概括性的介绍包括:开启线程,线程结果返回,线程中止,线程中的异常处理等。
内容索引
创建线程 线程池 参数 返回值 共享数据 线程安全 锁 Semaphore 异常处理 一个小例子认识async & await await的原形
创建
01.
static
void
Main(){
02.
new
Thread(Go).Start();
// .NET 1.0开始就有的
03.
Task.Factory.StartNew(Go);
// .NET 4.0 引入了 TPL
04.
Task.Run(
new
Action(Go));
// .NET 4.5 新增了一个Run的方法
05.
}
06.
07.
public
static
void
Go(){
08.
Console.WriteLine(
'我是另一个线程'
);
09.
}
这里面需要注意的是,创建Thread的实例之后,需要手动调用它的Start方法将其启动。但是对于Task来说,StartNew和Run的同时,既会创建新的线程,并且会立即启动它。
线程池
线程的创建是比较占用资源的一件事情,.NET 为我们提供了线程池来帮助我们创建和管理线程。Task是默认会直接使用线程池,但是Thread不会。如果我们不使用Task,又想用线程池的话,可以使用ThreadPool类。
01.
static
void
Main() {
02.
Console.WriteLine(
'我是主线程:Thread Id {0}'
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
03.
ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go);
04.
05.
Console.ReadLine();
06.
}
07.
08.
public
static
void
Go(
object
data) {
09.
Console.WriteLine(
'我是另一个线程:Thread Id {0}'
,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
10.
}
传入参数
01.
static
void
Main() {
02.
new
Thread(Go).Start(
'arg1'
);
// 没有匿名委托之前,我们只能这样传入一个object的参数
03.
04.
new
Thread(
delegate
(){
// 有了匿名委托之后...
05.
GoGoGo(
'arg1'
,
'arg2'
,
'arg3'
);
06.
});
07.
08.
new
Thread(() => {
// 当然,还有 Lambada
09.
GoGoGo(
'arg1'
,
'arg2'
,
'arg3'
);
10.
}).Start();
11.
12.
Task.Run(() =>{
// Task能这么灵活,也是因为有了Lambda呀。
13.
GoGoGo(
'arg1'
,
'arg2'
,
'arg3'
);
14.
});
15.
}
16.
17.
public
static
void
Go(
object
name){
18.
// TODO
19.
}
20.
21.
public
static
void
GoGoGo(
string
arg1,
string
arg2,
string
arg3){
22.
// TODO
23.
}
返回值
Thead是不能返回值的,但是作为更高级的Task当然要弥补一下这个功能。
1.
static
void
Main() {
2.
// GetDayOfThisWeek 运行在另外一个线程中
3.
var dayName = Task.Run<
string
>(() => {
return
GetDayOfThisWeek(); });
4.
Console.WriteLine(
'今天是:{0}'
,dayName.Result);
5.
}
共享数据
上面说了参数和返回值,我们来看一下线程之间共享数据的问题。
01.
private
static
bool
_isDone =
false
;
02.
static
void
Main(){
03.
new
Thread(Done).Start();
04.
new
Thread(Done).Start();
05.
}
06.
07.
static
void
Done(){
08.
if
(!_isDone) {
09.
_isDone =
true
;
// 第二个线程来的时候,就不会再执行了(也不是绝对的,取决于计算机的CPU数量以及当时的运行情况)
10.
Console.WriteLine(
'Done'
);
11.
}
12.
}
线程之间可以通过static变量来共享数据。
线程安全
我们先把上面的代码小小的调整一下,就知道什么是线程安全了。我们把Done方法中的两句话对换了一下位置 。
01.
private
static
bool
_isDone =
false
;
02.
static
void
Main(){
03.
new
Thread(Done).Start();
04.
new
Thread(Done).Start();
05.
Console.ReadLine();
06.
}
07.
08.
static
void
Done(){
09.
if
(!_isDone) {
10.
Console.WriteLine(
'Done'
);
// 猜猜这里面会被执行几次?
11.
_isDone =
true
;
12.
}
13.
}
上面这种情况不会一直发生,但是如果你运气好的话,就会中奖了。因为第一个线程还没有来得及把_isDone设置成true,第二个线程就进来了,而这不是我们想要的结果,在多个线程下,结果不是我们的预期结果,这就是线程不安全。
锁
要解决上面遇到的问题,我们就要用到锁。锁的类型有独占锁,互斥锁,以及读写锁等,我们这里就简单演示一下独占锁。
01.
private
static
bool
_isDone =
false
;
02.
private
static
object
_lock =
new
object
();
03.
static
void
Main(){
04.
new
Thread(Done).Start();
05.
new
Thread(Done).Start();
06.
Console.ReadLine();
07.
}
08.
09.
static
void
Done(){
10.
lock
(_lock){
11.
if
(!_isDone){
12.
Console.WriteLine(
'Done'
);
// 猜猜这里面会被执行几次?
13.
_isDone =
true
;
14.
}
15.
}
16.
}
再我们加上锁之后,被锁住的代码在同一个时间内只允许一个线程访问,其它的线程会被阻塞,只有等到这个锁被释放之后其它的线程才能执行被锁住的代码。
Semaphore 信号量
我实在不知道这个单词应该怎么翻译,从官方的解释来看,我们可以这样理解。它可以控制对某一段代码或者对某个资源访问的线程的数量,超过这个数量之后,其它的线程就得等待,只有等现在有线程释放了之后,下面的线程才能访问。这个跟锁有相似的功能,只不过不是独占的,它允许一定数量的线程同时访问。
01.
static
SemaphoreSlim _sem =
new
SemaphoreSlim(3);
// 我们限制能同时访问的线程数量是3
02.
static
void
Main(){
03.
for
(
int
i = 1; i <= 5; i++)
new
Thread(Enter).Start(i);
04.
Console.ReadLine();
05.
}
06.
07.
static
void
Enter(
object
id){
08.
Console.WriteLine(id +
' 开始排队...'
);
09.
_sem.Wait();
10.
Console.WriteLine(id +
' 开始执行!'
);
11.
Thread.Sleep(1000 * (
int
)id);
12.
Console.WriteLine(id +
' 执行完毕,离开!'
);
13.
_sem.Release();
14.
}
在最开始的时候,前3个排队之后就立即进入执行,但是4和5,只有等到有线程退出之后才可以执行。
异常处理
其它线程的异常,主线程可以捕获到么?
01.
public
static
void
Main(){
02.
try
{
03.
new
Thread(Go).Start();
04.
}
05.
catch
(Exception ex){
06.
// 其它线程里面的异常,我们这里面是捕获不到的。
07.
Console.WriteLine(
'Exception!'
);
08.
}
09.
}
10.
static
void
Go() {
throw
null
; }
那么升级了的Task呢?
01.
public
static
void
Main(){
02.
try
{
03.
var task = Task.Run(() => { Go(); });
04.
task.Wait();
// 在调用了这句话之后,主线程才能捕获task里面的异常
05.
06.
// 对于有返回值的Task, 我们接收了它的返回值就不需要再调用Wait方法了
07.
// GetName 里面的异常我们也可以捕获到
08.
var task2 = Task.Run(() => {
return
GetName(); });
09.
var name = task2.Result;
10.
}
11.
catch
(Exception ex){
12.
Console.WriteLine(
'Exception!'
);
13.
}
14.
}
15.
static
void
Go() {
throw
null
; }
16.
static
string
GetName() {
throw
null
; }
一个小例子认识async & await
01.
static
void
Main(
string
[] args){
02.
Test();
// 这个方法其实是多余的, 本来可以直接写下面的方法
03.
// await GetName()
04.
// 但是由于控制台的入口方法不支持async,所有我们在入口方法里面不能 用 await
05.
06.
Console.WriteLine(
'Current Thread Id :{0}'
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
07.
}
08.
09.
static
async Task Test(){
10.
// 方法打上async关键字,就可以用await调用同样打上async的方法
11.
// await 后面的方法将在另外一个线程中执行
12.
await GetName();
13.
}
14.
15.
static
async Task GetName(){
16.
// Delay 方法来自于.net 4.5
17.
await Task.Delay(1000);
// 返回值前面加 async 之后,方法里面就可以用await了
18.
Console.WriteLine(
'Current Thread Id :{0}'
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
19.
Console.WriteLine(
'In antoher thread.....'
);
20.
}
await 的原形
await后的的执行顺序
进入主线程开始执行 调用async方法,返回一个Task,注意这个时候另外一个线程已经开始运行,也就是GetName方法已经开始工作了 另一个线程在获取名称 第3步和第4步是同时进行的,主线程并没有挂起等待 如果另一个线程已经执行完毕,name.IsCompleted=true,主线程仍然不用挂起,直接拿结果就可以了。如果另一个线程还同有执行完毕, name.IsCompleted=false,那么主线程会挂起等待,直到返回结果为止。
只有async方法在调用前才能加await么?
01.
static
void
Main(){
02.
Test();
03.
Console.ReadLine();
04.
}
05.
06.
static
async
void
Test(){
07.
Task<
string
> task = Task.Run(() =>{
08.
Thread.Sleep(5000);
09.
return
'Hello World'
;
10.
});
11.
string
str = await task;
//5 秒之后才会执行这里
12.
Console.WriteLine(str);
13.
}
答案很明显:await并不是针对于async的方法,而是针对async方法所返回给我们的Task,这也是为什么所有的async方法都必须返回给我们Task。所以我们同样可以在Task前面也加上await关键字,这样做实际上是告诉编译器我需要等这个Task的返回值或者等这个Task执行完毕之后才能继续往下走。
不用await关键字,如何确认Task执行完毕了?
01.
static
void
Main(){
02.
var task = Task.Run(() =>{
03.
return
GetName();
04.
});
05.
06.
task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{
07.
// 2 秒之后才会执行这里
08.
var name = task.Result;
09.
Console.WriteLine(
'My name is: '
+ name);
10.
});
11.
12.
Console.WriteLine(
'主线程执行完毕'
);
13.
Console.ReadLine();
14.
}
15.
16.
static
string
GetName(){
17.
Console.WriteLine(
'另外一个线程在获取名称'
);
18.
Thread.Sleep(2000);
19.
return
'Jesse'
;
20.
}
Task.GetAwaiter()和await Task 的区别?
加上await关键字之后,后面的代码都会被阻塞,直到task执行完毕有返回值的时候才会继续向下执行,这一段时间主线程会处于挂起状态。 GetAwaiter方法会返回一个awaitable的对象(继承了INotifyCompletion.OnCompleted方法)我们只是传递了一个委托进去,等task完成了就会执行这个委托,但是并不会阻塞主线程,下面的代码会立即执行。这也是为什么我们结果里面第一句话会是 “主线程执行完毕”!
Task如何阻塞主线程?
上面的右边是属于没有阻塞的情况,和我们的await仍然有一点差别,那么在获取Task的结果前如何阻塞主线程呢?
01.
static
void
Main(){
02.
var task = Task.Run(() =>{
03.
return
GetName();
04.
});
05.
06.
var name = task.GetAwaiter().GetResult();
07.
Console.WriteLine(
'My name is:{0}'
,name);
08.
09.
Console.WriteLine(
'主线程执行完毕'
);
10.
Console.ReadLine();
11.
}
12.
13.
static
string
GetName(){
14.
Console.WriteLine(
'另外一个线程在获取名称'
);
15.
Thread.Sleep(2000);
16.
return
'Jesse'
;
17.
}
Task.GetAwait()方法会给我们返回一个awaitable的对象,通过调用这个对象的GetResult方法就会阻塞主线程,当然也不是所有的情况都会阻塞。还记得我们Task的特性么? 在一开始的时候就启动了另一个线程去执行这个Task,当我们调用它的结果的时候如果这个Task已经执行完毕,主线程是不用等待可以直接拿其结果的,如果没有执行完毕那主线程就得挂起等待了。
await 实质是在调用awaitable对象的GetResult方法
01.
static
async Task Test(){
02.
Task<
string
> task = Task.Run(() =>{
03.
Console.WriteLine(
'另一个线程在运行!'
);
// 这句话只会被执行一次
04.
Thread.Sleep(2000);
05.
return
'Hello World'
;
06.
});
07.
08.
// 这里主线程会挂起等待,直到task执行完毕我们拿到返回结果
09.
var result = task.GetAwaiter().GetResult();
10.
// 这里不会挂起等待,因为task已经执行完了,我们可以直接拿到结果
11.
var result2 = await task;
12.
Console.WriteLine(str);
13.
}
原网址:http://www.it165.net/pro/html/201402/9661.html
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