async 和 await 出如今C# 5.0以后，给并行编程带来了很多的方便，特别是当在MVC中的Action也变成async以后，有点开始什么都是async的味道了。可是这也给咱们编程埋下了一些隐患，有时候可能会产生一些咱们本身都不知道怎么产生的Bug，特别是若是连线程基础没有理解的状况下，更不知道如何去处理了。那今天咱们就来好好看看这两兄弟和他们的叔叔（Task）爷爷(Thread)们到底有什么区别和特色，本文将会对Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await，这三种方式下的并行编程做一个归纳性的介绍包括：开启线程，线程结果返回，线程停止，线程中的异常处理等。html
内容索引
建立
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static
void
Main(){
new
Thread(Go).Start();
// .NET 1.0开始就有的
Task.Factory.StartNew(Go);
// .NET 4.0 引入了 TPL
Task.Run(
new
Action(Go));
// .NET 4.5 新增了一个Run的方法
}
public
static
void
Go(){
Console.WriteLine(
"我是另外一个线程"
);
}
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这里面须要注意的是，建立Thread的实例以后，须要手动调用它的Start方法将其启动。可是对于Task来讲，StartNew和Run的同时，既会建立新的线程，而且会当即启动它。编程
线程池
线程的建立是比较占用资源的一件事情，.NET 为咱们提供了线程池来帮助咱们建立和管理线程。Task是默认会直接使用线程池，可是Thread不会。若是咱们不使用Task，又想用线程池的话，可使用ThreadPool类。安全
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static
void
Main() {
Console.WriteLine(
"我是主线程：Thread Id {0}"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go);
Console.ReadLine();
}
public
static
void
Go(
object
data) {
Console.WriteLine(
"我是另外一个线程:Thread Id {0}"
,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
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传入参数
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static
void
Main() {
new
Thread(Go).Start(
"arg1"
);
// 没有匿名委托以前，咱们只能这样传入一个object的参数
new
Thread(
delegate
(){
// 有了匿名委托以后...
GoGoGo(
"arg1"
,
"arg2"
,
"arg3"
);
});
new
Thread(() => {
// 固然,还有 Lambada
GoGoGo(
"arg1"
,
"arg2"
,
"arg3"
);
}).Start();
Task.Run(() =>{
// Task能这么灵活，也是由于有了Lambda呀。
GoGoGo(
"arg1"
,
"arg2"
,
"arg3"
);
});
}
public
static
void
Go(
object
name){
// TODO
}
public
static
void
GoGoGo(
string
arg1,
string
arg2,
string
arg3){
// TODO
}
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返回值
Thead是不能返回值的，可是做为更高级的Task固然要弥补一下这个功能。async
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static
void
Main() {
// GetDayOfThisWeek 运行在另一个线程中
var
dayName = Task.Run<
string
>(() => {
return
GetDayOfThisWeek(); });
Console.WriteLine(
"今天是：{0}"
,dayName.Result);
}
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共享数据
上面说了参数和返回值，咱们来看一下线程之间共享数据的问题。post
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private
static
bool
_isDone =
false
;
static
void
Main(){
new
Thread(Done).Start();
new
Thread(Done).Start();
}
static
void
Done(){
if
(!_isDone) {
_isDone =
true
;
// 第二个线程来的时候，就不会再执行了(也不是绝对的，取决于计算机的CPU数量以及当时的运行状况)
Console.WriteLine(
"Done"
);
}
}
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线程之间能够经过static变量来共享数据。spa
线程安全
咱们先把上面的代码小小的调整一下，就知道什么是线程安全了。咱们把Done方法中的两句话对换了一下位置 。.net
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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"
);
// 猜猜这里面会被执行几回？
_isDone =
true
;
}
}
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上面这种状况不会一直发生，可是若是你运气好的话，就会中奖了。由于第一个线程尚未来得及把_isDone设置成true，第二个线程就进来了，而这不是咱们想要的结果，在多个线程下，结果不是咱们的预期结果，这就是线程不安全。线程
锁
要解决上面遇到的问题，咱们就要用到锁。锁的类型有独占锁，互斥锁，以及读写锁等，咱们这里就简单演示一下独占锁。翻译
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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"
);
// 猜猜这里面会被执行几回？
_isDone =
true
;
}
}
}
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再咱们加上锁以后，被锁住的代码在同一个时间内只容许一个线程访问，其它的线程会被阻塞，只有等到这个锁被释放以后其它的线程才能执行被锁住的代码。3d
Semaphore 信号量
我实在不知道这个单词应该怎么翻译，从官方的解释来看，咱们能够这样理解。它能够控制对某一段代码或者对某个资源访问的线程的数量，超过这个数量以后，其它的线程就得等待，只有等如今有线程释放了以后，下面的线程才能访问。这个跟锁有类似的功能，只不过不是独占的，它容许必定数量的线程同时访问。
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static
SemaphoreSlim _sem =
new
SemaphoreSlim(3);
// 咱们限制能同时访问的线程数量是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 +
" 开始排队..."
);
_sem.Wait();
Console.WriteLine(id +
" 开始执行！"
);
Thread.Sleep(1000 * (
int
)id);
Console.WriteLine(id +
" 执行完毕，离开！"
);
_sem.Release();
}
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在最开始的时候，前3个排队以后就当即进入执行，可是4和5，只有等到有线程退出以后才能够执行。
异常处理
其它线程的异常，主线程能够捕获到么？
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public
static
void
Main(){
try
{
new
Thread(Go).Start();
}
catch
(Exception ex){
// 其它线程里面的异常，咱们这里面是捕获不到的。
Console.WriteLine(
"Exception!"
);
}
}
static
void
Go() {
throw
null
; }
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那么升级了的Task呢？
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public
static
void
Main(){
try
{
var
task = Task.Run(() => { Go(); });
task.Wait();
// 在调用了这句话以后，主线程才能捕获task里面的异常
// 对于有返回值的Task, 咱们接收了它的返回值就不须要再调用Wait方法了
// GetName 里面的异常咱们也能够捕获到
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
; }
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一个小例子认识async & await
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static
void
Main(
string
[] args){
Test();
// 这个方法实际上是多余的, 原本能够直接写下面的方法
// await GetName()
// 可是因为控制台的入口方法不支持async,全部咱们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关键字，就能够用await调用一样打上async的方法
// await 后面的方法将在另一个线程中执行
await GetName();
}
static
async Task GetName(){
// Delay 方法来自于.net 4.5
await Task.Delay(1000);
// 返回值前面加 async 以后，方法里面就能够用await了
Console.WriteLine(
"Current Thread Id :{0}"
, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine(
"In antoher thread....."
);
}
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await 的原形
await后的的执行顺序
感谢 locus的指正， await 以后不会开启新的线程(await 历来不会开启新的线程)，因此上面的图是有一点问题的。
await 不会开启新的线程，当前线程会一直往下走直到遇到真正的Async方法（好比说HttpClient.GetStringAsync），这个方法的内部会用Task.Run或者Task.Factory.StartNew 去开启线程。也就是若是方法不是.NET为咱们提供的Async方法，咱们须要本身建立Task，才会真正的去建立线程。
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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();
//咱们这里没有用 await,因此下面的代码能够继续执行
// 可是若是上面是 await GetName()，下面的代码就不会当即执行，输出结果就不同了。
Console.WriteLine(
"End calling GetName.\r\n"
);
Console.WriteLine(
"Get result from GetName: {0}"
, await name);
}
static
async Task<
string
> GetName()
{
// 这里仍是主线程
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"
;
});
}
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咱们再来看一下那张图：
- 进入主线程开始执行
- 调用async方法，返回一个Task，注意这个时候另一个线程已经开始运行，也就是GetName里面的 Task 已经开始工做了
- 主线程继续往下走
- 第3步和第4步是同时进行的，主线程并无挂起等待
- 若是另外一个线程已经执行完毕，name.IsCompleted=true，主线程仍然不用挂起，直接拿结果就能够了。若是另外一个线程还同有执行完毕, name.IsCompleted=false，那么主线程会挂起等待，直到返回结果为止。
只有async方法在调用前才能加await么？
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static
void
Main(){
Test();
Console.ReadLine();
}
static
async
void
Test(){
Task<
string
> task = Task.Run(() =>{
Thread.Sleep(5000);
return
"Hello World"
;
});
string
str = await task;
//5 秒以后才会执行这里
Console.WriteLine(str);
}
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答案很明显：await并非针对于async的方法，而是针对async方法所返回给咱们的Task，这也是为何全部的async方法都必须返回给咱们Task。因此咱们一样能够在Task前面也加上await关键字，这样作其实是告诉编译器我须要等这个Task的返回值或者等这个Task执行完毕以后才能继续往下走。
不用await关键字，如何确认Task执行完毕了？
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static
void
Main(){
var
task = Task.Run(() =>{
return
GetName();
});
task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{
// 2 秒以后才会执行这里
var
name = task.Result;
Console.WriteLine(
"My name is: "
+ name);
});
Console.WriteLine(
"主线程执行完毕"
);
Console.ReadLine();
}
static
string
GetName(){
Console.WriteLine(
"另一个线程在获取名称"
);
Thread.Sleep(2000);
return
"Jesse"
;
}
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Task.GetAwaiter()和await Task 的区别？
- 加上await关键字以后，后面的代码会被挂起等待，直到task执行完毕有返回值的时候才会继续向下执行，这一段时间主线程会处于挂起状态。
- GetAwaiter方法会返回一个awaitable的对象（继承了INotifyCompletion.OnCompleted方法）咱们只是传递了一个委托进去，等task完成了就会执行这个委托，可是并不会影响主线程，下面的代码会当即执行。这也是为何咱们结果里面第一句话会是 “主线程执行完毕”！
Task如何让主线程挂起等待？
上面的右边是属于没有挂起主线程的状况，和咱们的await仍然有一点差异，那么在获取Task的结果前如何挂起主线程呢？
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static
void
Main(){
var
task = Task.Run(() =>{
return
GetName();
});
var
name = task.GetAwaiter().GetResult();
Console.WriteLine(
"My name is:{0}"
,name);
Console.WriteLine(
"主线程执行完毕"
);
Console.ReadLine();
}
static
string
GetName(){
Console.WriteLine(
"另一个线程在获取名称"
);
Thread.Sleep(2000);
return
"Jesse"
;
}
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Task.GetAwait()方法会给咱们返回一个awaitable的对象，经过调用这个对象的GetResult方法就会挂起主线程，固然也不是全部的状况都会挂起。还记得咱们Task的特性么？ 在一开始的时候就启动了另外一个线程去执行这个Task，当咱们调用它的结果的时候若是这个Task已经执行完毕，主线程是不用等待能够直接拿其结果的，若是没有执行完毕那主线程就得挂起等待了。
await 实质是在调用awaitable对象的GetResult方法
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async Task Test(){
Task<
string
> task = Task.Run(() =>{
Console.WriteLine(
"另外一个线程在运行！"
);
// 这句话只会被执行一次
Thread.Sleep(2000);
return
"Hello World"
;
});
// 这里主线程会挂起等待，直到task执行完毕咱们拿到返回结果
var
result = task.GetAwaiter().GetResult();
// 这里不会挂起等待，由于task已经执行完了，咱们能够直接拿到结果
var
result2 = await task;
Console.WriteLine(str);
}
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到此为止，await就真相大白了，欢迎点评。Enjoy Coding! :)