详解C#中 Thread,Task,Async/Await,IAsyncResult【转】

2022/7/15 14:22:14

本文主要是介绍详解C#中 Thread,Task,Async/Await,IAsyncResult【转】,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

转载地址:https://www.jb51.net/article/103432.htm

转载原因:担心下次找不到这个文章了,感谢原作者!

说起异步,Thread,Task,async/await,IAsyncResult 这些东西肯定是绕不开的,今天就来依次聊聊他们

1.线程(Thread)

多线程的意义在于一个应用程序中,有多个执行部分可以同时执行;对于比较耗时的操作(例如io,数据库操作),或者等待响应(如WCF通信)的操作,可以单独开启后台线程来执行,这样主线程就不会阻塞,可以继续往下执行;等到后台线程执行完毕,再通知主线程,然后做出对应操作!

在C#中开启新线程比较简单

static void Main(string[] args)
{
 Console.WriteLine("主线程开始");
 //IsBackground=true,将其设置为后台线程
 Thread t = new Thread(Run) { IsBackground = true };
 t.Start();
   Console.WriteLine("主线程在做其他的事!");
 //主线程结束,后台线程会自动结束,不管有没有执行完成
 //Thread.Sleep(300);
 Thread.Sleep(1500);
 Console.WriteLine("主线程结束");
}
static void Run()
{
 Thread.Sleep(700);
 Console.WriteLine("这是后台线程调用");
}

执行结果如下:

 

 

 可以看到在启动后台线程之后,主线程继续往下执行了,并没有等到后台线程执行完之后。

1.1 线程池

试想一下,如果有大量的任务需要处理,例如网站后台对于HTTP请求的处理,那是不是要对每一个请求创建一个后台线程呢?显然不合适,这会占用大量内存,而且频繁地创建的过程也会严重影响速度,那怎么办呢?线程池就是为了解决这一问题,把创建的线程存起来,形成一个线程池(里面有多个线程),当要处理任务时,若线程池中有空闲线程(前一个任务执行完成后,线程不会被回收,会被设置为空闲状态),则直接调用线程池中的线程执行(例asp.net处理机制中的Application对象),

使用事例:

static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(m =>
                {
                    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
                });
            }
            Console.Read();
        }

 

可以看到,虽然执行了10次,但并没有创建10个线程。

 

1.2 信号量(Semaphore)

 Semaphore负责协调线程,可以限制对某一资源访问的线程数量

 这里对SemaphoreSlim类的用法做一个简单的事例:

static SemaphoreSlim semLim = new SemaphoreSlim(3); //3表示最多只能有三个线程同时访问
        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                new Thread(SemaphoreTest).Start();
            }
            Console.Read();
        }
        static void SemaphoreTest()
        {
            semLim.Wait();
            Console.WriteLine("线程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "开始执行");
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("线程" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString() + "执行完毕");
            semLim.Release();
        }

执行结果如下:

 

可以看到,刚开始只有三个线程在执行,当一个线程执行完毕并释放之后,才会有新的线程来执行方法!

除了SemaphoreSlim类,还可以使用Semaphore类,感觉更加灵活,感兴趣的话可以搜一下,这里就不做演示了!

2.Task

Task是.NET4.0加入的,跟线程池ThreadPool的功能类似,用Task开启新任务时,会从线程池中调用线程,而Thread每次实例化都会创建一个新的线程。

static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("主线程启动");
            //Task.Run启动一个线程
            //Task启动的是后台线程,要在主线程中等待后台线程执行完毕,可以调用Wait方法
            //Task task = Task.Factory.StartNew(() => { Thread.Sleep(1500); Console.WriteLine("task启动"); });
            Task task = Task.Run(() => {
                Thread.Sleep(1500);
                Console.WriteLine("task启动");
            });
            Thread.Sleep(300);
            task.Wait();
            Console.WriteLine("主线程结束");
        }

 

 

 开启新任务的方法:Task.Run()或者Task.Factory.StartNew(),开启的是后台线程

要在主线程中等待后台线程执行完毕,可以使用Wait方法(会以同步的方式来执行)。不用Wait则会以异步的方式来执行。

比较一下Task和Thread:

static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                new Thread(Run1).Start();
            }
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Task.Run(() => { Run2(); });
            }
        }
        static void Run1()
        {
            Console.WriteLine("Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        }
        static void Run2()
        {
            Console.WriteLine("Task调用的Thread Id =" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        }

 

 

可以看出来,直接用Thread会开启5个线程,用Task(用了线程池)开启了3个!

 

 2.1 Task<TResult>

Task<TResult>就是有返回值的Task,TResult就是返回值类型。

static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("主线程开始");
            //返回值类型为string
            Task<string> task = Task<string>.Run(() => {
                Thread.Sleep(2000);
                return Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString();
            });
            //会等到task执行完毕才会输出;
            Console.WriteLine(task.Result);
            Console.WriteLine("主线程结束");
        }

通过task.Result可以取到返回值,若取值的时候,后台线程还没执行完,则会等待其执行完毕!

简单提一下:

Task任务可以通过CancellationTokenSource类来取消,感觉用得不多,用法比较简单,感兴趣的话可以搜一下!

3. async/await

async/await是C#5.0中推出的,先上用法:

static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("-------主线程启动-------");
            Task<int> task = GetStrLengthAsync();
            Console.WriteLine("主线程继续执行");
            Console.WriteLine("Task返回的值" + task.Result);
            Console.WriteLine("-------主线程结束-------");
        }
        static async Task<int> GetStrLengthAsync()
        {
            Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法开始执行");
            //此处返回的<string>中的字符串类型,而不是Task<string>
            string str = await GetString();
            Console.WriteLine("GetStrLengthAsync方法执行结束");
            return str.Length;
        }
        static Task<string> GetString()
        {
            //Console.WriteLine("GetString方法开始执行")
            return Task<string>.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep(2000);
                return "GetString的返回值";
            });
        }

async用来修饰方法,表明这个方法是异步的,声明的方法的返回类型必须为:void,Task或Task<TResult>。

await必须用来修饰Task或Task<TResult>,而且只能出现在已经用async关键字修饰的异步方法中。通常情况下,async/await成对出现才有意义,

看看运行结果:

可以看出来,main函数调用GetStrLengthAsync方法后,在await之前,都是同步执行的,直到遇到await关键字,main函数才返回继续执行。

那么是否是在遇到await关键字的时候程序自动开启了一个后台线程去执行GetString方法呢?

现在把GetString方法中的那行注释加上,运行的结果是:

大家可以看到,在遇到await关键字后,没有继续执行GetStrLengthAsync方法后面的操作,也没有马上反回到main函数中,而是执行了GetString的第一行,以此可以判断await这里并没有开启新的线程去执行GetString方法,而是以同步的方式让GetString方法执行,等到执行到GetString方法中的Task<string>.Run()的时候才由Task开启了后台线程!

那么await的作用是什么呢?

可以从字面上理解,上面提到task.wait可以让主线程等待后台线程执行完毕,await和wait类似,同样是等待,等待Task<string>.Run()开始的后台线程执行完毕,不同的是await不会阻塞主线程,只会让GetStrLengthAsync方法暂停执行。

那么await是怎么做到的呢?有没有开启新线程去等待?

 

 

 

只有两个线程(主线程和Task开启的线程)!至于怎么做到的(我也不知道......>_<),大家有兴趣的话研究下吧!

4.IAsyncResult

IAsyncResult自.NET1.1起就有了,包含可异步操作的方法的类需要实现它,Task类就实现了该接口

 

在不借助于Task的情况下怎么实现异步呢?

class Program
{
 static void Main(string[] args)
 {
  Console.WriteLine("主程序开始--------------------");
  int threadId;
  AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
  AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
 
  IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,out threadId, null, null);
  Thread.Sleep(0);
  Console.WriteLine("主线程线程 {0} 正在运行.",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId)
  //会阻塞线程,直到后台线程执行完毕之后,才会往下执行
  result.AsyncWaitHandle.WaitOne();
  Console.WriteLine("主程序在做一些事情!!!");
  //获取异步执行的结果
  string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
  //释放资源
  result.AsyncWaitHandle.Close();
  Console.WriteLine("主程序结束--------------------");
  Console.Read();
 }
}
public class AsyncDemo
{
 //供后台线程执行的方法
 public string TestMethod(int callDuration, out int threadId)
 {
  Console.WriteLine("测试方法开始执行.");
  Thread.Sleep(callDuration);
  threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
  return String.Format("测试方法执行的时间 {0}.", callDuration.ToString());
 }
}
public delegate string AsyncMethodCaller(int callDuration, out int threadId);

 

 

 和Task的用法差异不是很大!result.AsyncWaitHandle.WaitOne()就类似Task的Wait。

 

5.Parallel

最后说一下在循环中开启多线程的简单方法:

Stopwatch watch1 = new Stopwatch();
watch1.Start();
for (int i = 1; i <= 10; i++)
{
 Console.Write(i + ",");
 Thread.Sleep(1000);
}
watch1.Stop();
Console.WriteLine(watch1.Elapsed);
Stopwatch watch2 = new Stopwatch();
watch2.Start();
//会调用线程池中的线程
Parallel.For(1, 11, i =>
{
 Console.WriteLine(i + ",线程ID:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 Thread.Sleep(1000);
});
watch2.Stop();
Console.WriteLine(watch2.Elapsed);

 

循环List<T>:

List<int> list = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9 };
Parallel.ForEach<int>(list, n =>
{
 Console.WriteLine(n);
 Thread.Sleep(1000);
});

执行Action[]数组里面的方法:

Action[] actions = new Action[] { 
 new Action(()=>{
  Console.WriteLine("方法1");
 }),
 new Action(()=>{
  Console.WriteLine("方法2");
 })
};
Parallel.Invoke(actions);

 



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