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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(diǎn)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，有時(shí)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，更不知道如何去處理了。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(diǎn)，本文將會對Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await，這三種方式下的并行編程作一個(gè)概括性的介紹包括：開啟線程，線程結(jié)果返回，線程中止，線程中的異常處理等。
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創(chuàng)建
- static void Main(){
- 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(gè)Run的方法
- }
- public static void Go(){
- Console.WriteLine("我是另一個(gè)線程");
- }
這里面需要注意的是，創(chuàng)建Thread的實(shí)例之后，需要手動(dòng)調(diào)用它的Start方法將其啟動(dòng)。但是對于Task來說，StartNew和Run的同時(shí)，既會創(chuàng)建新的線程，并且會立即啟動(dòng)它。
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。Task是默認(rèn)會直接使用線程池，但是Thread不會。如果我們不使用Task，又想用線程池的話，可以使用ThreadPool類。
- static void Main() {
- 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(gè)線程:Thread Id {0}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
- }
傳入?yún)?shù)
- static void Main() {
- new Thread(Go).Start("arg1"); // 沒有匿名委托之前，我們只能這樣傳入一個(gè)object的參數(shù)
- 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，也是因?yàn)橛辛薒ambda呀。
- GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
- });
- }
- public static void Go(object name){
- // TODO
- }
- public static void GoGoGo(string arg1, string arg2, string arg3){
- // TODO
- }
返回值
Thead是不能返回值的，但是作為更高級的Task當(dāng)然要彌補(bǔ)一下這個(gè)功能。
- static void Main() {
- // GetDayOfThisWeek 運(yùn)行在另外一個(gè)線程中
- var dayName = Task.Run
(() => { return GetDayOfThisWeek(); }); - Console.WriteLine("今天是：{0}",dayName.Result);
- }
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。
- private static bool _isDone = false;
- static void Main(){
- new Thread(Done).Start();
- new Thread(Done).Start();
- }
- static void Done(){
- if (!_isDone) {
- _isDone = true; // 第二個(gè)線程來的時(shí)候，就不會再執(zhí)行了(也不是絕對的，取決于計(jì)算機(jī)的CPU數(shù)量以及當(dāng)時(shí)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)。
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。我們把Done方法中的兩句話對換了一下位置 。
- private static bool _isDone = false;
- static void Main(){
- 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，但是如果你運(yùn)氣好的話，就會中獎(jiǎng)了。因?yàn)?**個(gè)線程還沒有來得及把_isDone設(shè)置成true，第二個(gè)線程就進(jìn)來了，而這不是我們想要的結(jié)果，在多個(gè)線程下，結(jié)果不是我們的預(yù)期結(jié)果，這就是線程不安全。
鎖
要解決上面遇到的問題，我們就要用到鎖。鎖的類型有獨(dú)占鎖，互斥鎖，以及讀寫鎖等，我們這里就簡單演示一下獨(dú)占鎖。
- private static bool _isDone = false;
- private static object _lock = new object();
- static void Main(){
- 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，被鎖住的代碼在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)線程訪問，其它的線程會被阻塞，只有等到這個(gè)鎖被釋放之后其它的線程才能執(zhí)行被鎖住的代碼。
#p#
Semaphore 信號量
我實(shí)在不知道這個(gè)單詞應(yīng)該怎么翻譯，從官方的解釋來看，我們可以這樣理解。它可以控制對某一段代碼或者對某個(gè)資源訪問的線程的數(shù)量，超過這個(gè)數(shù)量之后，其它的線程就得等待，只有等現(xiàn)在有線程釋放了之后，下面的線程才能訪問。這個(gè)跟鎖有相似的功能，只不過不是獨(dú)占的，它允許一定數(shù)量的線程同時(shí)訪問。
- static SemaphoreSlim _sem = new SemaphoreSlim(3); // 我們限制能同時(shí)訪問的線程數(shù)量是3
- static void Main(){
- 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(duì)...");
- _sem.Wait();
- Console.WriteLine(id + " 開始執(zhí)行！");
- Thread.Sleep(1000 * (int)id);
- Console.WriteLine(id + " 執(zhí)行完畢，離開！");
- _sem.Release();
- }
在最開始的時(shí)候，前3個(gè)排隊(duì)之后就立即進(jìn)入執(zhí)行，但是4和5，只有等到有線程退出之后才可以執(zhí)行。
異常處理
其它線程的異常，主線程可以捕獲到么？
- public static void Main(){
- try{
- new Thread(Go).Start();
- }
- catch (Exception ex){
- // 其它線程里面的異常，我們這里面是捕獲不到的。
- Console.WriteLine("Exception!");
- }
- }
- static void Go() { throw null; }
那么升級了的Task呢？
- public static void Main(){
- try{
- var task = Task.Run(() => { Go(); });
- task.Wait(); // 在調(diào)用了這句話之后，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!");
- }
- }
- static void Go() { throw null; }
- static string GetName() { throw null; }
一個(gè)小例子認(rèn)識async & await
- static void Main(string[] args){
- Test(); // 這個(gè)方法其實(shí)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);
- }
- static async Task Test(){
- // 方法打上async關(guān)鍵字，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(gè)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.....");
- }
#p#
await 的原形
await后的的執(zhí)行順序
感謝 locus的指正， await 之后不會開啟新的線程(await 從來不會開啟新的線程)，所以上面的圖是有一點(diǎn)問題的。
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），這個(gè)方法的內(nèi)部會用Task.Run或者Task.Factory.StartNew 去開啟線程。也就是如果方法不是.NET為我們提供的Async方法，我們需要自己創(chuàng)建Task，才會真正的去創(chuàng)建線程。
- 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()，下面的代碼就不會立即執(zhí)行，輸出結(jié)果就不一樣了。
- Console.WriteLine("End calling GetName.\r\n");
- Console.WriteLine("Get result from GetName: {0}", await name);
- }
- static async Task
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 "Jesse";
- });
- }
我們再來看一下那張圖：
- 進(jìn)入主線程開始執(zhí)行
- 調(diào)用async方法，返回一個(gè)Task，注意這個(gè)時(shí)候另外一個(gè)線程已經(jīng)開始運(yùn)行，也就是GetName里面的 Task已經(jīng)開始工作了
- 主線程繼續(xù)往下走
- 第3步和第4步是同時(shí)進(jìn)行的，主線程并沒有掛起等待
- 如果另一個(gè)線程已經(jīng)執(zhí)行完畢，name.IsCompleted=true，主線程仍然不用掛起，直接拿結(jié)果就可以了。如果另一個(gè)線程還同有執(zhí)行完畢, name.IsCompleted=false，那么主線程會掛起等待，直到返回結(jié)果為止。
只有async方法在調(diào)用前才能加await么？
- static void Main(){
- Test();
- Console.ReadLine();
- }
- static async void Test(){
- Task
task = Task.Run(() =>{ - Thread.Sleep(5000);
- return "Hello World";
- });
- string str = await task; //5 秒之后才會執(zhí)行這里
- Console.WriteLine(str);
- }
答案很明顯：await并不是針對于async的方法，而是針對async方法所返回給我們的Task，這也是為什么所有的async方法都必須返回給我們Task。所以我們同樣可以在Task前面也加上await關(guān)鍵字，這樣做實(shí)際上是告訴編譯器我需要等這個(gè)Task的返回值或者等這個(gè)Task執(zhí)行完畢之后才能繼續(xù)往下走。
不用await關(guān)鍵字，如何確認(rèn)Task執(zhí)行完畢了？
- static void Main(){
- var task = Task.Run(() =>{
- return GetName();
- });
- task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{
- // 2 秒之后才會執(zhí)行這里
- var name = task.Result;
- Console.WriteLine("My name is: " + name);
- });
- Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢");
- Console.ReadLine();
- }
- static string GetName(){
- Console.WriteLine("另外一個(gè)線程在獲取名稱");
- Thread.Sleep(2000);
- return "Jesse";
- }
#p#
Task.GetAwaiter()和await Task 的區(qū)別？
- 加上await關(guān)鍵字之后，后面的代碼會被掛起等待，直到task執(zhí)行完畢有返回值的時(shí)候才會繼續(xù)向下執(zhí)行，這一段時(shí)間主線程會處于掛起狀態(tài)。
- GetAwaiter方法會返回一個(gè)awaitable的對象（繼承了INotifyCompletion.OnCompleted方法）我們只是傳遞了一個(gè)委托進(jìn)去，等task完成了就會執(zhí)行這個(gè)委托，但是并不會影響主線程，下面的代碼會立即執(zhí)行。這也是為什么我們結(jié)果里面***句話會是 “主線程執(zhí)行完畢”！
Task如何讓主線程掛起等待？
上面的右邊是屬于沒有掛起主線程的情況，和我們的await仍然有一點(diǎn)差別，那么在獲取Task的結(jié)果前如何掛起主線程呢？
- static void Main(){
- var task = Task.Run(() =>{
- return GetName();
- });
- var name = task.GetAwaiter().GetResult();
- Console.WriteLine("My name is:{0}",name);
- Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢");
- Console.ReadLine();
- }
- static string GetName(){
- Console.WriteLine("另外一個(gè)線程在獲取名稱");
- Thread.Sleep(2000);
- return "Jesse";
- }
Task.GetAwait()方法會給我們返回一個(gè)awaitable的對象，通過調(diào)用這個(gè)對象的GetResult方法就會掛起主線程，當(dāng)然也不是所有的情況都會掛起。還記得我們Task的特性么？ 在一開始的時(shí)候就啟動(dòng)了另一個(gè)線程去執(zhí)行這個(gè)Task，當(dāng)我們調(diào)用它的結(jié)果的時(shí)候如果這個(gè)Task已經(jīng)執(zhí)行完畢，主線程是不用等待可以直接拿其結(jié)果的，如果沒有執(zhí)行完畢那主線程就得掛起等待了。
await 實(shí)質(zhì)是在調(diào)用awaitable對象的GetResult方法
- static async Task Test(){
- Task
task = Task.Run(() =>{ - Console.WriteLine("另一個(gè)線程在運(yùn)行！"); // 這句話只會被執(zhí)行一次
- Thread.Sleep(2000);
- return "Hello World";
- });
- // 這里主線程會掛起等待，直到task執(zhí)行完畢我們拿到返回結(jié)果
- var result = task.GetAwaiter().GetResult();
- // 這里不會掛起等待，因?yàn)閠ask已經(jīng)執(zhí)行完了，我們可以直接拿到結(jié)果
- var result2 = await task;
- Console.WriteLine(str);
- }
到此為止，await就真相大白了，歡迎點(diǎn)評。Enjoy Coding! ????
本文來自：http://www.cnblogs.com/jesse2013/p/async-and-await.html
文章題目：async&await的前世今生
轉(zhuǎn)載源于：http://www.dlmjj.cn/article/djipece.html
