3.2 任务基础 2
上一篇，我们学习了任务的基础，学会多种方式场景任务和执行，异步获取返回结果等。上一篇讲述的知识比较多，这一篇只要是代码实践和示例操作。
判断任务状态
| 属性 | 说明 |
|---|---|
| IsCanceled | 获取此 Task 实例是否由于被取消的原因而已完成执行。 |
| IsCompleted | 获取一个值，它表示是否已完成任务。 |
| IsCompletedSuccessfully | 了解任务是否运行到完成。 |
| IsFaulted | 获取 Task是否由于未经处理异常的原因而完成。 |
| Status | 获取此任务的 TaskStatus。 |
要检测一个任务是否出错(指任务因未经处理的异常而导致工作终止)，要使用 IsCanceled 和 IsFaulted 两个属性，只要任务抛出异常，IsFaulted 为 true。但是取消任务本质是抛出 OperationCancelExcetion 异常，不代表任务出错。
即使任务抛出了未经处理的异常，也算是完成了任务，因此 IsCompleted 属性，会为 true。
示例如下：
代码有点多，不易观察，请复制到程序中运行。
class Program
{
static void Main()
{
// 正常任务
Task task1 = new Task(() =>
{
});
task1.Start();
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
GetResult(task1.IsCanceled, task1.IsFaulted);
Console.WriteLine("任务是否完成：" + task1.IsCompleted);
Console.WriteLine("-------------------");
// 异常任务
Task task2 = new Task(() =>
{
throw new Exception();
});
task2.Start();
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
GetResult(task2.IsCanceled, task2.IsFaulted);
Console.WriteLine("任务是否完成：" + task2.IsCompleted);
Console.WriteLine("-------------------");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
// 取消任务
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("任务是否完成：" + task3.IsCompleted);
Console.ReadKey();
}
public static void GetResult(bool isCancel, bool isFault)
{
if (isCancel == false && isFault == false)
Console.WriteLine("没有异常发生");
else if (isCancel == true)
Console.WriteLine("任务被取消");
else
Console.WriteLine("任务引发了未经处理的异常");
}
}
再说父子任务
在上一篇文章中《C#多线程：任务基础①》，我们学习了父子任务，父任务需要等待子任务完成后才算完成任务。
上一章只是给出示例，没有明确说明场景和实验结果，这里重新写一个示例来补充。
非父子任务：
外层任务不会等待内嵌的任务完成，直接完成或返回结果。
static void Main()
{
//两个任务没有从属关系，是独立的
Task<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 非子任务
Task task1 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine(" 内层任务1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}
});
task1.Start();
return 666;
});
task.Start();
Console.WriteLine($"任务运算结果是：{task.Result}");
Console.WriteLine("\n-------------------\n");
Console.ReadKey();
}
父子任务：
父任务等待子任务完成后，才能算完成任务，然后返回结果。
static void Main()
{
// 父子任务
Task<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 子任务
Task task1 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine(" 内层任务1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}
}, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
task1.Start();
Console.WriteLine("最外层任务");
return 666;
});
task.Start();
Console.WriteLine($"任务运算结果是：{task.Result}");
Console.WriteLine("\n-------------------\n");
Console.ReadKey();
}
组合任务/延续任务
Task.ContinueWith() 方法创建一个在 任务(Task)实例 完成时异步执行的延续任务。
Task.ContinueWith() 的重载方法非常多，可以参考：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.task.continuewith?view=netcore-3.1#--
这里我们使用的构造函数定义如下：
public Task ContinueWith(Action<Task> continuationAction);
一个简单的示例：
Task task = new Task(() =>
{
Console.WriteLine(" 第一个任务");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
});
// 接下来第二个任务
task.ContinueWith(t =>
{
Console.WriteLine($" 第二个任务}");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
});
task.Start();
一个任务(Task) 是可以设置多个延续任务的，这些任务是并行的，例如：
static void Main()
{
Task task = new Task(() =>
{
Console.WriteLine(" 第一个任务");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
});
// 任务①
task.ContinueWith(t =>
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine($" 任务① ");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
});
// 任务②
task.ContinueWith(t =>
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine($" 任务②");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
});
// 任务① 和 任务② 属于同级并行任务
task.Start();
}
通过多次实现延续/组合任务，会实现强有力的任务流程。
复杂的延续任务
经过上一小节，我们学习了 ContinueWith() 来延续任务，现在我们来学习更多的重载方法，实现更加复杂的延续。
ContinueWith() 重载方法很多，它们的参数都含有下面几种参数之一或多个。
continuationAction
类型：Action 或 Func
一个要执行的任务。
state
类型：Object
给延续任务传递的参数。
cancellationToken
类型：CancellationToken
取消标记。
continuationOptions
类型：TaskContinuationOptions
控制延续任务的创建和特性。
scheduler
类型：TaskScheduler
要与延续任务关联并用于其执行过程的 TaskScheduler。
前面四个参数(类型)，在以往的文章中已经出现过，这里就不再赘述；TaskScheduler 类型，这里先讲解，后面再说。
注意 TaskCreationOptions 和 TaskContinuationOptions 的区别，在前一篇我们学习过 TaskCreationOptions。这里来学习 TaskContinuationOptions 。
TaskContinuationOptions 可以在以下重载上使用：
ContinueWith(Action, CancellationToken, TaskContinuationOptions, TaskScheduler)
ContinueWith(Action>, TaskContinuationOptions
在延续中，这样使用是无效的：
Task task = new Task(() =>
{
Console.WriteLine(" 第一个任务");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
});
task.ContinueWith(t =>
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine($" 任务① ");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
},TaskContinuationOptions.AttachedToParent);
因为 TaskContinuationOptions 需要有嵌套关系的父子任务，才能生效。
正确使用方法：
static void Main()
{
// 父子任务
Task<int> task = new Task<int>(() =>
{
// 子任务
Task task1 = new Task(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine(" 内层任务1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
task1.ContinueWith(t =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
Console.WriteLine("内层延续任务，也属于子任务");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
}, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);
task1.Start();
Console.WriteLine("最外层任务");
return 666;
});
task.Start();
Console.WriteLine($"任务运算结果是：{task.Result}");
Console.WriteLine("\n-------------------\n");
Console.ReadKey();
}
并行(异步)处理任务
这里我们来学习 Task.WhenAll() 方法的使用。
Task.WhenAll() ：等待提供的所有 Task 对象完成执行过程
使用示例如下：
static void Main()
{
List<Task> tasks = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 5; i++)
tasks.Add(Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine($"任务开始执行");
}));
// public static Task WhenAll(IEnumerable<Task> tasks);
// 相当于多个任务，生成一个任务
Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
// 不需要等待的话就去除
taskOne.Wait();
Console.ReadKey();
}
Task taskOne = Task.WhenAll(tasks); 可以写成 Task.WhenAll(tasks);，返回的 Task 对象可以用来判断任务执行情况。
要注意，下面这样是无效的：
你可以修改上面的代码进行测试。
tasks.Add(new Task(() =>
{
Console.WriteLine($"任务开始执行");
}));
我也不知道为啥 new Task() 不行。。。
如果任务有返回值，则可以使用下面这种方法
static void Main()
{
List<Task<int>> tasks = new List<Task<int>>();
for (int i = 0; i < 5; i++)
tasks.Add(Task.Run<int>(() =>
{
Console.WriteLine($"任务开始执行");
return new Random().Next(0,10);
}));
Task<int[]> taskOne = Task.WhenAll(tasks);
foreach (var item in taskOne.Result)
Console.WriteLine(item);
Console.ReadKey();
}
并行(同步)处理任务
Task.WaitAll()：等待提供的所有 Task 对象完成执行过程。
我们来看看 Task.WaitAll() 其中一个重载方法的定义：
public static bool WaitAll (Task[] tasks, int millisecondsTimeout, CancellationToken cancellationToken);
- tasks 类型：Task[]
要执行的所有任务。
- millisecondsTimeout 任务：Int32
等待的毫秒数，-1 表示无限期等待。
- cancellationToken 类型：CancellationToken
等待任务完成期间要观察的 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($"任务开始执行");
}));
Task.WaitAll(tasks.ToArray());
Console.ReadKey();
}
Task.WaitAll() 会让当前线程等待所有任务执行完毕。并且 Task.WaitAll() 是没有泛型的，也么没有返回结果。
并行任务的 Task.WhenAny
Task.WhenAny() 和 Task.WhenAll() 使用上差不多，Task.WhenAll() 当所有任务都完成时，才算完成，而 Task.WhenAny() 只要其中一个任务完成，都算完成。
这一点可以参考上面的 父子任务。
参考使用示例如下：
static void Main()
{
List<Task> tasks = new List<Task>();
for (int i = 0; i < 5; i++)
tasks.Add(Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(new Random().Next(0, 5)));
Console.WriteLine(" 正在执行任务");
}));
Task taskOne = Task.WhenAny(tasks);
taskOne.Wait(); // 任意一个任务完成，就可以解除等待
Console.WriteLine("有任务已经完成了");
Console.ReadKey();
}
当然，Task.WhenAny() 也有泛型方法，可以返回结果。
并行任务状态
Task.Status 属性可以获取任务的状态。其属性类型是一个 TaskStatus 枚举，其定义如下：
| 枚举 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| Canceled | 6 | 已经通过 CancellationToken 取消任务。 |
| Created | 0 | 该任务已初始化，但尚未被计划。 |
| Faulted | 7 | 由于未处理异常的原因而完成的任务。 |
| RanToCompletion | 5 | 已成功完成执行的任务。 |
| Running | 3 | 该任务正在运行，但尚未完成。 |
| WaitingForActivation | 1 | 该任务正在等待 .NET Framework 基础结构在内部将其激活并进行计划。 |
| WaitingForChildrenToComplete | 4 | 该任务已完成执行，正在隐式等待附加的子任务完成。 |
| WaitingToRun | 2 | 该任务已被计划执行，但尚未开始执行。 |
在使用并行任务时，Task.Status 的值，有一定规律：
- 如果有其中一个任务出现未经处理的异常，那么返回
TaskStatus.Faulted； 如果所有任务都出现未经处理的异常，会返回
TaskStatus. RanToCompletion；如果其中一个任务被取消(即使出现未经处理的异常)，会返回
TaskStaus.Canceled；
循环中值变化问题
请运行测试下面两个示例：
static void Main()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
new Thread(() =>
{
Console.WriteLine($"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($"i = {i}");
}));
Task taskOne = Task.WhenAll(tasks);
taskOne.Wait();
Console.ReadKey();
}
你会发现，两个示例的结果并不是 1,2,3,4,5，而是 5,5,5,5,5。
这个问题称为 Race condition(竞争条件)，可以参考维基百科：
https://en.wikipedia.org/wiki/Race_condition
微软文档里面也有关于此问题的说明，请参考：
由于 i 在整个生命周期，内存都是在同一个位置，每个线程或任务对其值得使用，都是指向相同位置的。
这样就行了：
static void Main()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
int tmp = i;
new Thread(() =>
{
Console.WriteLine($"i = {tmp}");
}).Start();
}
Console.ReadKey();
}
这样是无效的：
for (int i = 0; i < 5; i++)
new Thread(() =>
{
int tmp = i;
Console.WriteLine($"i = {tmp}");
}).Start();
TaskScheduler 类
表示一个处理将任务排队到线程中的低级工作的对象。
在线程池一章中，提到过线程池线程有本地队列、线程偷窥等，我们关注到了线程池数量对提高吞吐量的影响，我们可以使用 TaskScheduler 实现自己的调度逻辑。
TaskScheduler、ThreadPoolTaskScheduler 这些，笔者这里就不讲了，读者可以参考：
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.taskscheduler?view=net-6.0