C#使用Task实现执行并行任务的原理的示例详解_开发_开发者

一、Task执行并行任务的原理

使用Task执行并行任务的原理是将任务分成多个小块，每个小块都可以在不同的线程上运行。然后，使用Task.Run方法将这些小块作为不同的任务提交给线程池。线程池会自动管理线程的创建和销毁，并根据系统资源的可用情况来自动调整线程数量，从而实现最大化利用CPU资源的效果。

二、5个示例展示

示例1

下面是一个简单的示例，展示如何使用Task来执行并行任务：

voidTask1()
{
//创建任务数组
vartasks=newTask[10];

for(vari=0;i<tasks.Length;i++)
{
vartaskId=i+1;

//使用Task.Run方法提交任务
tasks[i]=Task.Run(()=>
{
Console.WriteLine("任务{0}运行在线程{1}中",taskId,Task.CurrentId);
//执行任务逻辑
});
}

//等待所有任务完成
Task.WaitAll(tasks);

Console.WriteLine("所有任务运行完成。");
Console.ReadKey();
}

在这个示例中，我们创建了一个长度为10的任务数组，然后使用Task.Run方法将每个任务提交给线程池。在任务执行时，使用Task.CurrentId属性获取当前任务的ID，并打印出来以方便观察。最后，我们使用Task.WaitAll方法等待所有任务完成并打印出一条完成信息。

运行的结果：

任务 3 运行在线程 11 中
任务 4 运行在线程 12 中
任务 8 运行在线程 16 中
任务 1 运行在线程 9&nbs编程客栈p;中
任务 2 运行在线程 10 中
任务 5 运行在线程 13 中
任务 6 运行在线程 14 中
任务 7 运行在线程 15 中
任务 9 运行在线程 17 中
任务 10 运行在线程 18 中
所有任务运行完成。

值得注意的是，在实际开发中，需要根据具体情况来评估任务的大小和数量，以确保并行任务的效率和可靠性。

示例2

另一个使用Task的示例是计算斐波那契数列。我们可以将斐波那契数python列的每一项看成一个任务，然后使用Task.WaitAll方法等待所有任务完成。

voidTask2()
{
staticlongFib(intn)
{
if(nis0or1)
{
returnn;
}
else
{
returnFib(n-1)+Fib(n-2);
}
}

constintn=10;//计算斐波那契数列的前n项

vartasks=newTask<long>[n];

for(vari=0;i<n;i++)
{
varindex=i;//需要在闭包内使用循环变量时需要赋值给另外一个变量

if(i<2)
{
tasks[i]=Task.FromResult((long)i);
}
else
{
tasks[i]=Task.Run(()=>Fib(index));
}
}

//等待所有任务完成
Task.WaitAll(tasks);

//打印结果
for(vari=0;i<n;i++)
{
Console.Write("{0}",tasks[i].Result);
}

Console.ReadKey();
}

在这个示例中，我们使用Task数组来存储所有的任务。如果需要计算的是前两项，则直接使用Task.FromResult创建完成任务，否则使用Task.Run方法创建异步任务并调用Fib方法计算结果。在等待所有任务完成后，我们遍历Task数组，并使用Task.Result属性获取每个任务的结果并打印出来。

运行的结果：

0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

需要注意的是，在创建异步任务时，由于循环变量在闭包内的值是不确定的，因此需要将其赋值给另外一个变量，并在闭包内使用该变量。否则，所有任务可能会使用同一个循环变量的值，导致结果错误。

示例3

除了使用Task数组存储所有任务，还可以使用Task.Factory.StartNew方法创建并行任务。这个方法与Task.Run方法类似，都可以创建异步任务并提交给线程池。

voidTask3()
{
longFactorial(intn)
{
if(n==0)return1;
returnn*Factorial(n-1);
}

constintn=5;//计算阶乘的数

vartask=Task.Factory.StartNew(()=>Factorial(n));

Console.WriteLine("计算阶乘...");

//等待任务完成
task.Wait();

Console.WriteLine("{0}!={1}",n,task.Result);
Console.ReadKey();
}

在这个示例中，我们使用Task.Factory.StartNew方法创建一个计算阶乘的异步任务，并等待任务完成后打印结果。

运行结果：

计算阶乘...
5! = 120

需要注意的是，尽管Task.Run和Task.Factory.StartNew方法都可以创建异步任务，但它们的行为略有不同。特别是，Task.Run方法总是使用TaskScheduler.Default作为任务调度器，而Task.Factory.StartNew方法可以指定任务调度器、任务类型和其他选项。因此，在选择使用哪种方法时，需要根据具体情况进行评估。

示例4

另一个使用Task的示例是异步读取文件。在这个示例中，我们使用Task.FromResult方法创建一个完成任务，并将文件内容作为结果返回。

voidTask4()
{
conststringfilePath="test.txt"www.devze.com;

vartask=Task.FromResult(File.ReadAllText(filePath));//只是方便举例，更好的代码应该是：File.ReadAllTextAsync(filePath);

Console.WriteLine("读取文件内容...");

//等待任务完成
task.Wait();

Console.WriteLine("文件内容:{0}",task.Result);
Console.ReadKey();
}

在这个示例中，我们使用Task.FromResult方法创建一个完成任务，并通过File.ReadAllText方法读取文件内容并将其作为结果返回。在等待任务完成后，我们可以通过调用Task.Result属性来获取任务的结果。

文中记事本请随意创建

需要注意的是，在实际开发中，如果需要处理大型文件或需要执行长时间的I/O操作，则应该使用异步代码来避免阻塞UI线程。例如，在读取大型文件时，我们可以使用异步代码来避免阻塞UI线程，从而提高应用程序的性能和响应速度。

示例5

最后一个示例是使用Task和async/await实现异步任务。在这个示例中，我们将一个耗时的操作封装为异步方法，并使用async/await关键字来等待该操作完成。

asyncTaskTask5()
{
asyncTask<string>LongOperationAsync()
{
//模拟耗时操作
awaitTask.Delay(TimeSpan.FromSeconds(3));

return"完成";
}

Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-ddHH:mm:ss.fff}开始耗时操作...");

//等待异步方法完成
varresult=awaitLongOperationAsync();

Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-ddHH:mm:ss.fff}耗时操作完成:{result}");
Console.ReadKey();
}

在这个示例中，我们使用async/await关键字将LongOperationAsync方法声明为异步方法，并使用await关键字等待Task.Delay操作完成。在主程序中，我们可以使用await关键字等待LongOperationAsync完成并获取其结果。

2023-03-28 20:54:09.111开始耗时操作...
2023-03-28 20:54:12.143耗时操作完成: 完成

需要注意的是，在使用async/await关键字时，应该避免在异步方法内部使用阻塞线程的操作，否则可能会导致UI线程被阻塞。如果必须执行阻塞操作，可以将其放在不同的线程上执行，或者使用异步IO操作来避免阻塞线程。

三、使用async/await关键字注意

在使用async/await关键字时，还有一些细节需要注意，再给出两个示例。

示例1

示例代码如下所示：

asyncTaskTask6()
{
asyncTask<string>LongOperationAsync(intid)
{
//模拟耗时操作
awaitTask.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1+id));

return$"{DateTime.Now:ss.fff}完成{id}";
}

Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-ddHH:mm:ss.fff}开始耗时操作...");

//等待多个异步任务完成
vartask1=LongOperationAsync(1);
vartask2=LongOperationAsync(2);
vartask3=LongOperationAsync(3);

varresults=awaitTask.WhenAll(task1,task2,task3);
varresultStr=string.Join(",",results);

Console.WriteLine($"{DateTime.Now:yyyy-MM-ddHH:mm:ss.fff}耗时操作完成:{resultStr}");
Console.ReadKey();
}

在这个示例中，我们使用Task.WhenAll方法等待多个异步任务完成，并使用Join方法将所有任务的结果连接起来作为最终结果。

2023-03-28 21:15:42.855开始耗时操作...
2023-03-28 21:15:46.894耗时操作完成: 44.888完成 1,45.883完成 2,46.893完成 3

示例2

另一个需要注意的问题是，在使用async/await关键字时，应该尽可能避免使用ConfigureAwait(false)方法。这个方法可以让异步操作不必恢复到原始的SynchronizationContext上，从而减少线程切换的开销和提高性能。

然而，在某些情况下，如果在异步操作完成后需要返回到原始的SynchronizationContext上，使用ConfigureAwait(false)会导致调用者无法正确处理结果。因此，建议仅在确定不需要返回到原始的SynchronizationContext上时才使用ConfigureAwait(false)方法。

示例代码: 假设我们有一个控制台应用程序，其中有两个异步方法：MethodAAsync()和MethodBAsync()。MethodAAsync()会等待1秒钟，然后返回一个字符串。MethodBAsync()会等待2秒钟，然后返回一个字符串。代码如下所示：

asyncTask<string>MethodAAsync()
{
awaitTask.Delay(1000);
return$"{DateTime.Now:ss.fff}>Hello";
}

asyncTask<string>MethodBAsync()
{
awaitTask.Delay(2000);
return$"{DateTime.Now:ss.fff}>World";
}

现在，我们想要同时调用这两个方法，并将它们的结果合并成一个字符串。我们可以像下面这样编写代码：

asyncTask<string>CombineResultsAAsync()
{
varresultA=awaitMethodAAsync();
varresultB=awaiooPAEoyUtMethodBAsync();
return$"{DateTime.Now:yyyy-MM-ddHH:mm:ss.fff}:{resultA}|{resultB}";
}

这个代码看起来非常简单明了，但是它存在一个性能问题。当我们调用CombineResultsAAsync()方法时，第一个await操作将使执行上下文切换回原始SynchronizationContext（即主线程），因此我们的异步操作将在UI线程上运行。由于我们要等待1秒钟才能从MethodAAsync()中返回结果，因此UI线程将被阻塞，直到异步操作完成并且结果可用为止。

这种情况下，我们可以使用ConfigureAwait(false)方法来指定不需要保留当前上下文的线程执行状态，从而让异步操作在一个线程池线程上运行。这可以通过下面的代码实现：

asyncTask<string>CjavascriptombineResultsBAsync()
{
varresultA=awaitMethodAAsync().ConfigureAwait(false);
varresultB=awaitMethodBAsync().ConfigureAwait(false);
return$"{DateTime.Now:yyyy-MM-ddHH:mm:ss.fff}:{res开发者_JAVA开发ultA}|{resultB}";
}

通过使用ConfigureAwait(false)方法，我们告诉异步操作不需要保留当前上下文的线程执行状态，这样异步操作就会在一个线程池线程上运行，而不是在UI线程上运行。这样做可以避免一些潜在的性能问题，因为我们的UI线程不会被阻塞，并且异步操作可以在一个新的线程池线程上运行。

四、总结

在使用async/await关键字时，应该遵循一些最佳实践，以提高代码的可读性、可维护性和性能。下面是一些常见的最佳实践：

尽可能将异步方法声明为Task或Task<TResult>类型，以便可以使用await关键字等待其完成。如果异步方法不返回任何内容，则应将其声明为Task类型。
在异步方法内部尽可能避免使用阻塞线程的操作，而应该使用非阻塞操作来模拟延迟。如果必须执行阻塞操作，可以将其放在不同的线程上执行，或者使用异步IO操作来避免阻塞线程。
在异步方法内部不要捕获异常并立即处理，因为这会导致代码变得复杂难以维护。应该让调用者自行处理异常。如果必须在异步方法内部捕获异常，也应该将其包装成AggregateException异常，并将其传递给调用者。
在使用ConfigureAwait(false)方法时要小心，只有在确定不需要返回到原始的SynchronizationContext上时才使用，否则可能会导致调用者无法正确处理结果。
尽量避免在异步方法中使用不安全的线程API，例如Thread.Sleep或Thread.Join等方法，以确保代码的可移植性和稳定性。应该使用非阻塞的异步方法来模拟延迟。
在使用async/await关键字时，应该遵循一些命名约定，例如异步方法的名称应该以Async结尾，以便于区分同步和异步方法。
在需要同时等待多个异步任务完成时，可以使用Task.WhenAll方法等待所有任务完成。如果只需要等待其中一个任务完成，则可以使用Task.WhenAny方法等待任意一个任务完成。
在异步方法内部，应该将耗时的操作封装为另外的异步方法，并在需要的地方使用async/await关键字调用它们，以提高代码的可读性和可维护性。
在使用async/await关键字时，应该尽可能避免使用线程同步机制，例如lock关键字或Monitor类，因为这会导致UI线程被阻塞。而应该使用异步锁或其他非阻塞的线程同步机制。