异步多线程之入Task详解

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简介

1.0 时代的 Thread 提供了太多太底层功能，在 2.0 时代的 Threadpool 切去了一些无用与不可控的 API ，并提供了线程重用与线程数量限制的功能，3.0 时代的 Task 基于 Threadpool 又做了个补救，增加了多个实用的 API，满足了工作中使用场景。

启动多线程方式

Task 对于启动一个新的线程，提供的 API 还是比较丰富的 Run、New Task、Task Factory 都可以启动一个新的线程

Task.Run

例如：启用一个线程

public static void DoSomethingLong(string name)
{
    Console.WriteLine($"{name} DoSomethingLong Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} DoSomethingLong End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Task.Run(() => DoSomethingLong("张三"));

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

New Task

例如：启用一个线程

public static void DoSomethingLong(string name)
{
    Console.WriteLine($"{name} DoSomethingLong Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} DoSomethingLong End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    new Task(() => DoSomethingLong("张三")).Start();

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

Task Factory

例如：启用一个线程

public static void DoSomethingLong(string name)
{
    Console.WriteLine($"{name} DoSomethingLong Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} DoSomethingLong End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    TaskFactory taskFactory = Task.Factory;
    taskFactory.StartNew(() => DoSomethingLong("张三"));

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

API、应用场景

什么时候可以用多线程？不要说什么提高效率、异步啊，这都是技术名词没有用的。首先任务可以并发执行，即多任务可以分开，满足了条件后用了并发后再说提升速度、异步啊。

我们以项目经理与开发者们，完成项目开发为例，进行讲解多线程（主线程想象成项目经理，子线程想象成开发人员）。

当项目开始的时候，项目经理需要启动一个项目，做一些准备工作，然后开发人员开始编程

例如：定义 Coding 方法，提给给开发者开项目模块使用，Main 为项目经理角色

public static void Coding(string name,string module)
{
    Console.WriteLine($"{name} Coding Start {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} Coding End  {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"项目经理启动一个项目，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"前置的准备工作，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"开始编程，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Task.Run(() => Coding("张三","Web"));
    Task.Run(() => Coding("李四", "Service"));
    Task.Run(() => Coding("王五", "SQL"));

    Console.ReadLine();
}

启动程序，项目经理（线程 1）做准备工作，开发者们（子线程 3、4、5）并发完成 Coding

WaitAll

例如：当项目开发完成，项目经理需要进行通知甲方验收对吧。所以我们在 Main 方法项目添加通知甲方验收

public static void Coding(string name,string module)
{
    Console.WriteLine($"{name} Coding Start {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} Coding End  {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"项目经理启动一个项目，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"前置的准备工作，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"开始编程，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Task.Run(() => Coding("张三","Web"));
    Task.Run(() => Coding("李四", "Service"));
    Task.Run(() => Coding("王五", "SQL"));

    Console.WriteLine($"通知甲方验收，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，啥情况，开发人员没有 coding 完成，项目经理就通知，甲方验收了。所以，项目经理需要等待开发人员 coding 完成之后，再进行通知甲方验收。
接着我们对程序进行修改，Task 通过了线程等待的方法，不过是 Array 类型的。我们定义 List 将个个开发者的任务添加到集合中，使用 WaitAll 方法进行等待全部任务完成。

public static void Coding(string name, string module)
{
    Console.WriteLine($"{name} Coding Start {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} Coding End  {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    List tasks = new List();

    Console.WriteLine($"项目经理启动一个项目，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"前置的准备工作，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"开始编程，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("张三", "Web")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("李四", "Service")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("王五", "SQL")));

    Task.WaitAll(tasks.ToArray()); // 会阻塞当前线程，所有任务完成后，才进入下一行 卡界面

    Console.WriteLine($"通知甲方验收，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到这次在开发者们（子线程 3、4、6）完成 Coding 后，项目经理（主线程 1）再通知甲方进行验收

WaitAll 等待也可以超时

WaitAny

例如：有时项目经理不知道开发项目的进度，于是在项目中任何一个模块开发完成后进行记录。Task提供了对应得 API WaitAny 方法，即任何一个子线程完成工作即开始下一行代码。

public static void Coding(string name, string module)
{
    Console.WriteLine($"{name} Coding Start {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} Coding End  {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    List tasks = new List();

    Console.WriteLine($"项目经理启动一个项目，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"前置的准备工作，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"开始编程，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("张三", "Web")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("李四", "Service")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("王五", "SQL")));

    Task.WaitAny(tasks.ToArray()); // 会阻塞当前线程，任何一个任务完成后，才进入下一行

    Console.WriteLine($"完成一个模块开发，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到在李四完成开发任务后，项目经理立马进行一次记录

因为 CPU 分时分片的原因，WaitAny 不是绝对的只代表一个任务完成。如下

WhenAll

与 WaitAll 对应得还有一个 WhenAll，也代表全部子线程完成任务。但 WaitAll 返回值是 int 类型，WhenAll 返回值是 Task 类型，也就是使用 WhenAll 后还可以再进步进行操作，接着 ContinueWith 方法就出现了。Task.WhenAll(XX).ContinueWith(XX) 的意思是，当全部任务完成后，在执行一个任务，且新的任务线程是从线程池拿取的，不会阻塞主线程。

public static void Coding(string name, string module)
{
    Console.WriteLine($"{name} Coding Start {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} Coding End  {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    List tasks = new List();

    Console.WriteLine($"项目经理启动一个项目，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"前置的准备工作，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"开始编程，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("张三", "Web")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("李四", "Service")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("王五", "SQL")));

    Task.WhenAll(tasks.ToArray()).ContinueWith(t =>
    {
        Console.WriteLine($"部署环境，联调测试，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    }); 

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，看到当开发者们完成 Coding 后，进行环境部署，且并没有阻塞主线程

WhenAny

与 WaitAny 对应得还有一个 WhenAny，也代表任何一个线程任务完成。但 WaitAny返回值是 int 类型，WhenAny 返回值是 Task 类型，也就是使用 WhenAny 后还可以再进步进行操作，接着 ContinueWith 方法就出现了。Task.WhenAny(XX).ContinueWith(XX) 的意思是，当任何一个任务完成后，在执行一个任务，且新的任务线程是从线程池拿取的，不会阻塞主线程。

public static void Coding(string name, string module)
{
    Console.WriteLine($"{name} Coding Start {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} Coding End  {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    List tasks = new List();

    Console.WriteLine($"项目经理启动一个项目，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"前置的准备工作，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"开始编程，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("张三", "Web")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("李四", "Service")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("王五", "SQL")));

    Task.WhenAny(tasks.ToArray()).ContinueWith(t =>
    {
        Console.WriteLine($"部署环境，联调测试，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    }); 

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

因为 CPU 分时分片的原因，WhenAny 不是绝对的只代表一个任务完成。如下

应用、总结

WaitAll 应用场景，如 API Get 操作，数据源来自于多方（数据库、Redis、service等），可以使用多线程并发同时取数据，这个纯粹是为了提高性能的。

WaitAny 应用场景，如电商首页搜索，热点数据可能放到多处 Redis、Service 等，且每份缓存都是一样的，任何一个拿到返回给前端即可。

无论是 WaitAll WaitAny 都是会开界面的，那多线程有什么意义呢？答案：提升速度与优化体验。

WhenAll WhenAny 使用于异步操作后，会有后续动作的场景，这两个方法都会会从线程池获取线程，所以不会卡界面。

控制线程数量

Task 是基于 ThreadPool ，所以设置 ThreadPool 线程会限制 Task 最大的线程数量，通常这种方法不好，ThreadPool 是全局的。

如何使用 Task 本身控制线程数量。如：我有很多个任务，但我只希望使用 10 线程，如何实现呢？接下来请看

例如：实现思路，创建 task 集合，当任务列表任务存在大于 10 个，就等待任务呢完成，然后移除任务列表内已完成的任务

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    List list = new List();
    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        list.Add(i);
    }

    Action action = i =>
    {
        Console.WriteLine($"Task {i}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
        Thread.Sleep(new Random(i).Next(100, 300));
    };

    List tasks = new List();
    foreach (var i in list)
    {
        int k = i;
        tasks.Add(Task.Run(() => action.Invoke(k)));
        if (tasks.Count > 10)
        {
            Task.WaitAny(tasks.ToArray());
            tasks = tasks.Where(x => x.Status != TaskStatus.RanToCompletion).ToList();
        }
    }
    Task.WaitAll(tasks.ToArray());

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到执行任务的，来来回回就那一个线程

识别任务

WhenAll、WhenAny 完成后，使用 ContinueWith 怎么知道是哪个线程完成的？其实基于 Task 本身的话就 TaskFactory 一种方式，但简介方式也有，通过任务子类完成

TaskFactory

public static void Coding(string name, string module)
{
    Console.WriteLine($"{name} Coding Start {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} Coding End  {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
    List tasks = new List();

    tasks.Add(taskFactory.StartNew(o => Coding("张三", "Web"),"张三"));
    tasks.Add(taskFactory.StartNew(o => Coding("李四", "Service"), "李四"));
    tasks.Add(taskFactory.StartNew(o => Coding("王五", "SQL"),"王五"));

    Task tResult = taskFactory.ContinueWhenAny(tasks.ToArray(), t => {
        Console.WriteLine(t.AsyncState);
    });

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
    List tasks = new List();

    tasks.Add(taskFactory.StartNew(o => Coding("张三", "Web"), "张三"));
    tasks.Add(taskFactory.StartNew(o => Coding("李四", "Service"), "李四"));
    tasks.Add(taskFactory.StartNew(o => Coding("王五", "SQL"), "王五"));

    Task tResult = taskFactory.ContinueWhenAll(tasks.ToArray(), tList =>
    {
        foreach (var t in tList)
        {
            Console.WriteLine(t.AsyncState);
        }
    });

    tResult.Wait(); // 等待，回调 task 完成，会卡主线程

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

Callback

Task 回调是最简单的，使用 ContinueWith 即可，委托里面的参数是任务执行完的结果， Task.Run 与 ContinueWith 都会启动新的线程。

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Task.Run(() => { Console.WriteLine("处理任务"); }).ContinueWith(t => { Console.WriteLine("Callback"); }).Wait() ;

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

WaitXX 与 WhenXX 不同

WhenXX 当前方法不会阻塞线程，WaitXX 当前方法会阻塞线程。WhenXX 适用异步场景，发个邮件写个日志啥的。WaitXX 必须等待执行的结果。

扩展：其实 WaitXX 也可以做到不卡主线程，包一层 Task 即可，只不过是卡哪个线程的问题。

public static void Coding(string name, string module)
{
    Console.WriteLine($"{name} Coding Start {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.WriteLine($"{name} Coding End  {module}，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
}

static void Main(string[] args)
{
    List tasks = new List();

    Console.WriteLine($"项目经理启动一个项目，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"前置的准备工作，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    Console.WriteLine($"开始编程，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("张三", "Web")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("李四", "Service")));
    tasks.Add(Task.Run(() => Coding("王五", "SQL")));

    Task.Run(() =>
    {
        Task.WaitAll(tasks.ToArray()); // 会阻塞当前线程，所有任务完成后，才进入下一行 卡界面
    });

    Console.WriteLine($"通知甲方验收，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

Task.Delay与 Thread.Sleep 区别

Delay 不卡线程，Sleep 会卡线程。Delay里面是个 Timer 延迟多长时间发生额外操作。

例如：Delay

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Task.Delay(1000).ContinueWith(t =>
    {
        Console.WriteLine($"Task，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    });

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

扩展：Sleep 其实也可以实现，包一层就行，其实就是 sleep 哪个线程的问题

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Task.Run(() => {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine($"Task，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");
    });

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

异步多线程之入Task详解

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