C#基於任務的異步模式開發教程

任務一般是一些比較耗時的操作（IO或者複雜計算），如果在主線程運行，將影響程序的流暢性。所以，我們一般會新建線程處理任務。.NET4開始引進了Task，它對Thread做了大量方便易用的封裝。我們將詳細講述Task的使用方法，以及各種多線程的使用場合。

一、任務設計

1.1 基本設計

一個簡單的耗時操作如下所示：

void Func1()
{
    Thread.Sleep(1000);
}

如果有返回值，將如下所示：

int Func2()
{
    Thread.Sleep(1500);
    return 1;
}

耗時操作如果要新建線程去運行，可以這麼寫：

Task task1 = new Task(Func1);
task1.Start();

Task<int> task2 = new Task<int>(Func2);
task2.Start();

C#5.0引入了async、await這些關鍵字，異步方法的寫法爲：

async Task Func1()
{
    await Task.Delay(1000);
}

async Task<int> Func2()
{
    await Task.Delay(1500);
    return 1;
}

調用時就像同步的方法一樣：

Func1();
Func2();

需要注意的是，雖然代碼看上去是先執行Func1，然後再執行Func2，但實際上，這兩個都是異步方法，它們會同時開始執行。

 

1.2 可取消的任務

在使用Thread時會看到一個Abort方法，用來終止線程。但其實這個方法非常不安全，甚至不能終止，一般不提倡使用。事實上，如果一個耗時方法是我們自己設計的，我們可以想辦法在中途退出；而如果這個方法我們只能調用，無法修改，那這個任務基本無法中止。

假設有一個耗時方法如下所示：

async Task Func1()
{
    await Task.Delay(10000);
}

一旦調用，這個方法將運行10秒。爲了避免這種情況，我們需要對等待進行切割。如：

async Task Func1()
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        await Task.Delay(100);
    }
}

如果希望中途能夠取消，那麼可以寫成：

async Task Func1(CancellationToken cancellationToken)
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        if (cancellationToken.IsCancellationRequested)
        {
            return;
        }
        await Task.Delay(100);
    }
}

調用的方法如下：

CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
await Func1(cts.Token); 

如果需要在另一個線程裏面取消，只需要調用以下語句即可：

cts.Cancel();

 

1.3 進度報告

有時候我們需要實時知道耗時任務的運行進度，例如下載，可能需要向用戶提供一個完成百分比。

帶進度報告功能的異步任務設計如下：

async Task Func1(IProgress<int> progress)
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        await Task.Delay(100);
        progress.Report(i + 1);
    }
}

調用方法則如下所示：

await Func1(new Progress<int>(p =>
{
    Console.WriteLine(p);
}));

 

二、單任務使用

對於沒有返回值的任務，我們上面已經提到了使用的方法。如果任務有返回值，而我們需要使用這個返回值，調用的方法如下：

（1）使用async、await關鍵字

async Task<int> Func2()
{
    await Task.Delay(1500);
    return 1;
}


//調用方法
int result = await Func2();

（2）不使用async、await關鍵字

int Func2()
{
    Thread.Sleep(1500);
    return 1;
}


//調用方法
Task<int> task = new Task<int>(Func2);
task.ContinueWith(t =>
{
    int result = t.Result;
});

 

三、多任務使用

3.1 所有任務完成後處理

使用WhenAll方法，使用方法如下：

async Task<int> Func1()
{
    await Task.Delay(1000);
    return 1;
}

async Task<int> Func2()
{
    await Task.Delay(1500);
    return 2;
}



Task<int>[] tasks = new Task<int>[] { Func1(), Func2() };
int[] results = await Task.WhenAll(tasks);

3.2 任一任務完成即處理

使用WhenAny方法，使用方法如下：

async Task<int> Func1()
{
    await Task.Delay(1000);
    return 1;
}

async Task<int> Func2()
{
    await Task.Delay(1500);
    return 2;
}



Task<int>[] tasks = new Task<int>[] { Func1(), Func2() };
Task<int> task = await Task.WhenAny(tasks);
int result = task.Result;

WhenAny方法可以有以下的應用場景：

（1）超時判斷。寫一個簡單的延時任務，跟需要執行的任務一同放在列表裏。如果WhenAny先返回延時任務，說明需要執行的任務已經超時了。

（2）一個任務完成，取消執行餘下任務。結合CancellationToken完成這一功能，具體代碼如下：

async Task Func1(CancellationToken cancellationToken)
{
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        if (cancellationToken.IsCancellationRequested)
        {
            return;
        }

        await Task.Delay(100);
    }
}

async Task Func2(CancellationToken cancellationToken)
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        if (cancellationToken.IsCancellationRequested)
        {
            return;
        }

        await Task.Delay(110);
    }
}




CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
Task[] tasks = new Task[] { Func1(cts.Token), Func2(cts.Token) };
Task task = await Task.WhenAny(tasks);
cts.Cancel();