C#多線程(14)：任務基礎②
上一篇，我們學習了任務的基礎，學會多種方式場景任務和執行，異步獲取返回結果等。上一篇講述的知識比較多，這一篇只要是代碼實踐和示例操作。
判斷任務狀態
| 屬性 | 說明 |
|---|---|
| IsCanceled | 獲取此 Task 實例是否由於被取消的原因而已完成執行。 |
| IsCompleted | 獲取一個值，它表示是否已完成任務。 |
| IsCompletedSuccessfully | 了解任務是否運行到完成。 |
| IsFaulted | 獲取 Task是否由於未經處理異常的原因而完成。 |
| Status | 獲取此任務的 TaskStatus。 |
要檢測一個任務是否出錯(指任務因未經處理的異常而導致工作終止)，要使用 IsCanceled 和 IsFaulted 兩個屬性，只要任務拋出異常，IsFaulted 為 true。但是取消任務本質是拋出 OperationCancelExcetion 異常，不代表任務出錯。
即使任務拋出了未經處理的異常，也算是完成了任務，因此 IsCompleted 屬性，會為 true。
示例如下：
代碼有點多，不易觀察，請複製到程序中運行。
class Program
{
static void Main()
{
// 正常任務
Task task1 = new Task(() =>
{
});
task1.Start();
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
GetResult(task1.IsCanceled, task1.IsFaulted);
Console.WriteLine("任務是否完成：" + task1.IsCompleted);
Console.WriteLine("-------------------");
// 異常任務
Task task2 = new Task(() =>
{
throw new Exception();
});
task2.Start();
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
GetResult(task2.IsCanceled, task2.IsFaulted);
Console.WriteLine("任務是否完成：" + task2.IsCompleted);
Console.WriteLine("-------------------");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
// 取消任務
Task task3 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(3));
}, cts.Token);
task3.Start();
cts.Cancel();
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
GetResult(task3.IsCanceled, task3.IsFaulted);
Console.WriteLine("任務是否完成：" + task3.IsCompleted);
Console.ReadKey();
}
public static void GetResult(bool isCancel, bool isFault)
{
if (isCancel == false && isFault == false)
Console.WriteLine("沒有異常發生");
else if (isCancel == true)
Console.WriteLine("任務被取消");
else
Console.WriteLine("任務引發了未經處理的異常");
}
}
再說父子任務
在上一篇文章中《C#多線程(13)：任務基礎①》，我們學習了父子任務，父任務需要等待子任務完成後才算完成任務。
上一章只是給出示例，沒有明確說明場景和實驗結果，這裡重新寫一個示例來補充。
非父子任務：
外層任務不會等待內嵌的任務完成，直接完成或返回結果。
static void Main()
{
//兩個任務沒有從屬關係，是獨立的
Task<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 非子任務
Task task1 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine(" 內層任務1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}
});
task1.Start();
return 666;
});
task.Start();
Console.WriteLine($"任務運算結果是：{task.Result}");
Console.WriteLine("\n-------------------\n");
Console.ReadKey();
}
父子任務：
父任務等待子任務完成後，才能算完成任務，然後返回結果。
static void Main()
{
// 父子任務
Task<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 子任務
Task task1 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine(" 內層任務1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}
}, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
task1.Start();
Console.WriteLine("最外層任務");
return 666;
});
task.Start();
Console.WriteLine($"任務運算結果是：{task.Result}");
Console.WriteLine("\n-------------------\n");
Console.ReadKey();
}
組合任務/延續任務
Task.ContinueWith() 方法創建一個在 任務(Task)實例 完成時異步執行的延續任務。
Task.ContinueWith() 的重載方法非常多，可以參考：//docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.task.continuewith?view=netcore-3.1#–
這裡我們使用的構造函數定義如下：
public Task ContinueWith(Action<Task> continuationAction);
一個簡單的示例：
Task task = new Task(() =>
{
Console.WriteLine(" 第一個任務");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
});
// 接下來第二個任務
task.ContinueWith(t =>
{
Console.WriteLine($" 第二個任務}");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
});
task.Start();
一個任務(Task) 是可以設置多個延續任務的，這些任務是並行的，例如：
static void Main()
{
Task task = new Task(() =>
{
Console.WriteLine(" 第一個任務");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
});
// 任務①
task.ContinueWith(t =>
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine($" 任務① ");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
});
// 任務②
task.ContinueWith(t =>
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine($" 任務②");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
});
// 任務① 和 任務② 屬於同級並行任務
task.Start();
}
通過多次實現延續/組合任務，會實現強有力的任務流程。
複雜的延續任務
經過上一小節，我們學習了 ContinueWith() 來延續任務，現在我們來學習更多的重載方法，實現更加複雜的延續。
ContinueWith() 重載方法很多，它們的參數都含有下面幾種參數之一或多個。
-
continuationAction
類型：Action 或 Func
一個要執行的任務。
-
state
類型：Object
給延續任務傳遞的參數。
-
cancellationToken
類型：CancellationToken
取消標記。
-
continuationOptions
類型：TaskContinuationOptions
控制延續任務的創建和特性。
-
scheduler
類型：TaskScheduler
要與延續任務關聯並用於其執行過程的 TaskScheduler。
前面四個參數(類型)，在以往的文章中已經出現過，這裡就不再贅述；TaskScheduler 類型，這裡先講解，後面再說。
注意 TaskCreationOptions 和 TaskContinuationOptions 的區別，在前一篇我們學習過 TaskCreationOptions。這裡來學習 TaskContinuationOptions 。
TaskContinuationOptions 可以在以下重載上使用：
ContinueWith(Action, CancellationToken, TaskContinuationOptions, TaskScheduler)
ContinueWith(Action>, TaskContinuationOptions
在延續中，這樣使用是無效的：
Task task = new Task(() =>
{
Console.WriteLine(" 第一個任務");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
});
task.ContinueWith(t =>
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine($" 任務① ");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
},TaskContinuationOptions.AttachedToParent);
因為 TaskContinuationOptions 需要有嵌套關係的父子任務，才能生效。
正確使用方法：
static void Main()
{
// 父子任務
Task<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 子任務
Task task1 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine(" 內層任務1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
task1.ContinueWith(t =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("內層延續任務，也屬於子任務");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);
task1.Start();
Console.WriteLine("最外層任務");
return 666;
});
task.Start();
Console.WriteLine($"任務運算結果是：{task.Result}");
Console.WriteLine("\n-------------------\n");
Console.ReadKey();
}
並行(異步)處理任務
這裡我們來學習 Task.WhenAll() 方法的使用。
Task.WhenAll() ：等待提供的所有 Task 對象完成執行過程
使用示例如下：
static void Main()
{
List<Task> tasks = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 5; i++)
tasks.Add(Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"任務開始執行");
}));
// public static Task WhenAll(IEnumerable<Task> tasks);
// 相當於多個任務，生成一個任務
Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
// 不需要等待的話就去除
taskOne.Wait();
Console.ReadKey();
}
Task taskOne = Task.WhenAll(tasks); 可以寫成 Task.WhenAll(tasks);，返回的 Task 對象可以用來判斷任務執行情況。
要注意，下面這樣是無效的：
你可以修改上面的代碼進行測試。
tasks.Add(new Task(() =>
{
Console.WriteLine($"任務開始執行");
}));
我也不知道為啥 new Task() 不行。。。
如果任務有返回值，則可以使用下面這種方法
static void Main()
{
List<Task<int>> tasks = new List<Task<int>>();
for (int i = 0; i < 5; i++)
tasks.Add(Task.Run<int>(() =>
{
Console.WriteLine($"任務開始執行");
return new Random().Next(0,10);
}));
Task<int[]> taskOne = Task.WhenAll(tasks);
foreach (var item in taskOne.Result)
Console.WriteLine(item);
Console.ReadKey();
}
並行(同步)處理任務
Task.WaitAll()：等待提供的所有 Task 對象完成執行過程。
我們來看看 Task.WaitAll() 其中一個重載方法的定義：
public static bool WaitAll (Task[] tasks, int millisecondsTimeout, CancellationToken cancellationToken);
- tasks 類型：Task[]
要執行的所有任務。
- millisecondsTimeout 任務：Int32
等待的毫秒數，-1 表示無限期等待。
- cancellationToken 類型：CancellationToken
等待任務完成期間要觀察的 CancellationToken。
Task.WaitAll() 的示例如下：
static void Main()
{
List<Task> tasks = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 5; i++)
tasks.Add(Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"任務開始執行");
}));
Task.WaitAll(tasks.ToArray());
Console.ReadKey();
}
Task.WaitAll() 會讓當前線程等待所有任務執行完畢。並且 Task.WaitAll() 是沒有泛型的，也么沒有返回結果。
並行任務的 Task.WhenAny
Task.WhenAny() 和 Task.WhenAll() 使用上差不多，Task.WhenAll() 當所有任務都完成時，才算完成，而 Task.WhenAny() 只要其中一個任務完成，都算完成。
這一點可以參考上面的 父子任務。
參考使用示例如下：
static void Main()
{
List<Task> tasks = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 5; i++)
tasks.Add(Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(new Random().Next(0, 5)));
Console.WriteLine(" 正在執行任務");
}));
Task taskOne = Task.WhenAny(tasks);
taskOne.Wait(); // 任意一個任務完成，就可以解除等待
Console.WriteLine("有任務已經完成了");
Console.ReadKey();
}
當然，Task.WhenAny() 也有泛型方法，可以返回結果。
並行任務狀態
Task.Status 屬性可以獲取任務的狀態。其屬性類型是一個 TaskStatus 枚舉，其定義如下：
| 枚舉 | 值 | 說明 |
|---|---|---|
| Canceled | 6 | 已經通過 CancellationToken 取消任務。 |
| Created | 0 | 該任務已初始化，但尚未被計劃。 |
| Faulted | 7 | 由於未處理異常的原因而完成的任務。 |
| RanToCompletion | 5 | 已成功完成執行的任務。 |
| Running | 3 | 該任務正在運行，但尚未完成。 |
| WaitingForActivation | 1 | 該任務正在等待 .NET Framework 基礎結構在內部將其激活並進行計劃。 |
| WaitingForChildrenToComplete | 4 | 該任務已完成執行，正在隱式等待附加的子任務完成。 |
| WaitingToRun | 2 | 該任務已被計劃執行，但尚未開始執行。 |
在使用並行任務時，Task.Status 的值，有一定規律：
-
如果有其中一個任務出現未經處理的異常，那麼返回
TaskStatus.Faulted； -
如果所有任務都出現未經處理的異常，會返回
TaskStatus. RanToCompletion； -
如果其中一個任務被取消(即使出現未經處理的異常)，會返回
TaskStaus.Canceled；
循環中值變化問題
請運行測試下面兩個示例：
static void Main()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
new Thread(() =>
{
Console.WriteLine($"i = {i}");
}).Start();
Console.ReadKey();
}
static void Main()
{
List<Task> tasks = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 5; i++)
tasks.Add(Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"i = {i}");
}));
Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
taskOne.Wait();
Console.ReadKey();
}
你會發現，兩個示例的結果並不是 1,2,3,4,5，而是 5,5,5,5,5。
這個問題稱為 Race condition(競爭條件)，可以參考維基百科：
//en.wikipedia.org/wiki/Race_condition
微軟文檔裏面也有關於此問題的說明，請參考：
由於 i 在整個生命周期，內存都是在同一個位置，每個線程或任務對其值得使用，都是指向相同位置的。
這樣就行了：
static void Main()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
int tmp = i;
new Thread(() =>
{
Console.WriteLine($"i = {tmp}");
}).Start();
}
Console.ReadKey();
}
這樣是無效的：
for (int i = 0; i < 5; i++)
new Thread(() =>
{
int tmp = i;
Console.WriteLine($"i = {tmp}");
}).Start();
定時任務 TaskScheduler 類
TaskScheduler 類：表示一個處理將任務排隊到線程中的低級工作的對象。
網上大多數示例是 Wpf 、WinForm的，微軟文檔也是很複雜的樣子： //docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.taskscheduler?view=netcore-3.1#properties
貌似 TaskScheduler 主要對 SynchronizationContext 進行控制，也就是說是對 UI 起作用。
筆者不寫 WPF 和 WinForm ，所以，這個東西，跳過。哈哈哈哈。
