2020-08-25

.NET异步和多线程系列(三)

本系列将和大家分享.Net中的异步和多线程,本文主要介绍的是Task和Parallel类。

一、Task类

Task是.NET Framework 3.0出现的,线程是基于线程池的,然后提供了丰富的API。Task被称之为多线程的最佳实践。

首先我们来看下如何使用Task来启动线程:

/// <summary>/// 一个比较耗时耗资源的私有方法/// </summary>private void DoSomethingLong(string name){ Console.WriteLine($"****************DoSomethingLong Start {name} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " +  $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); long lResult = 0; for (int i = 0; i < 1_000_000_000; i++) {  lResult += i; } Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine($"****************DoSomethingLong End {name} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " +  $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")} {lResult}***************");}
/// <summary>/// Task是.NET Framework 3.0出现的,线程是基于线程池的,然后提供了丰富的API。/// </summary>private void btnTask_Click(object sender, EventArgs e){ Console.WriteLine($"****************btnTask_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " +  $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); {  Task task = new Task(() => this.DoSomethingLong("btnTask_Click_1"));  task.Start(); } {  Task task = Task.Run(() => this.DoSomethingLong("btnTask_Click_2")); } {  TaskFactory taskFactory = Task.Factory;  Task task = taskFactory.StartNew(() => this.DoSomethingLong("btnTask_Click_3")); } Console.WriteLine($"****************btnTask_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " +  $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");}

Task的线程是源于线程池,线程池是单例的,全局唯一的。

//Task的线程是源于线程池//线程池是单例的,全局唯一的{ //设置的最大值,必须大于CPU核数,否则设置无效 //全局的,请不要这样设置!!!此处设置只是为了演示 ThreadPool.SetMaxThreads(12, 12); //设置后,同时并发的Task只有12个;而且线程是复用的; for (int i = 0; i < 100; i++) {  int k = i;  Task.Run(() =>  {   Console.WriteLine($"This is {k} running ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");   Thread.Sleep(2000);  }); } //假如说我想控制下Task的并发数量,该怎么做?}

注意:线程池的线程数量,设置的最大值,必须大于CPU核数,否则设置无效。

运行结果如下:

从结果中可以看出同时并发的Task只有12个(线程ID从03到14);而且线程是复用的;

同步等待:

{ Stopwatch stopwatch = new Stopwatch(); //计时 stopwatch.Start(); Console.WriteLine("在Sleep之前"); Thread.Sleep(2000);//同步等待--当前线程等待2s 然后继续 Console.WriteLine("在Sleep之后"); stopwatch.Stop(); Console.WriteLine($"Sleep耗时{stopwatch.ElapsedMilliseconds}");}

异步等待(Task.Delay方法,一般结合ContinueWith一起用),如下所示:

{ Stopwatch stopwatch = new Stopwatch(); stopwatch.Start(); Console.WriteLine("在Delay之前"); Task task = Task.Delay(2000) //异步等待--等待2s后启动新任务  .ContinueWith(t =>  {   stopwatch.Stop();   Console.WriteLine($"Delay耗时{stopwatch.ElapsedMilliseconds}");   Console.WriteLine($"This is ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");  }); Console.WriteLine("在Delay之后"); //stopwatch.Stop(); //Console.WriteLine($"Delay耗时{stopwatch.ElapsedMilliseconds}");}

什么时候能用多线程? 任务能并发的时候。多线程能干嘛?提升速度/优化用户体验。

ContinueWhenAny:同时并发多个任务,当其中任意的,第一个任务完成的时候,执行后续的任务。非阻塞式的回调。

ContinueWhenAll:同时并发多个任务,当所有的任务都完成的时候,执行后续的任务。非阻塞式的回调。

WaitAny:阻塞当前线程,等着任意一个任务完成。

WaitAll:阻塞当前线程,等着全部任务完成。

/// <summary>/// 模拟讲课/// </summary>private void Teach(string lesson){ Console.WriteLine($"{lesson}开始讲。。。"); long lResult = 0; for (int i = 0; i < 1_000_000_000; i++) {  lResult += i; } Console.WriteLine($"{lesson}讲完了。。。");}/// <summary>/// 模拟编程过程/// </summary>private void Coding(string name, string projectName){ Console.WriteLine($"****************Coding Start {name} {projectName} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " +  $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); long lResult = 0; for (int i = 0; i < 1_000_000_000; i++) {  lResult += i; } Console.WriteLine($"****************Coding End {name} {projectName} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " +  $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")} {lResult}***************");}
{ //什么时候能用多线程? 任务能并发的时候 //多线程能干嘛?提升速度/优化用户体验 Console.WriteLine("Eleven开启了一学期的课程"); this.Teach("Lesson1"); this.Teach("Lesson2"); this.Teach("Lesson3"); //不能并发,因为有严格顺序(只有Eleven讲课) Console.WriteLine("部署一下项目实战作业,需要多人合作完成"); //开发可以多人合作---多线程--提升性能 TaskFactory taskFactory = new TaskFactory(); List<Task> taskList = new List<Task>(); taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => this.Coding("张三", "Portal"))); taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => this.Coding("李四", "DBA "))); taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => this.Coding("王五", "Client"))); taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => this.Coding("赵六", "BackService"))); taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => this.Coding("钱七", "Wechat"))); //谁第一个完成,获取一个红包奖励 taskFactory.ContinueWhenAny(taskList.ToArray(), t => Console.WriteLine($"XXX开发完成,获取个红包奖励" +  $"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}")); //实战作业完成后,一起庆祝一下 taskList.Add(taskFactory.ContinueWhenAll(taskList.ToArray(), rArray => Console.WriteLine($"开发都完成,一起庆祝一下" +  $"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"))); //ContinueWhenAny ContinueWhenAll 非阻塞式的回调;而且使用的线程可能是新线程,也可能是刚完成任务的线程,唯一不可能是主线程。 //阻塞当前线程,等着任意一个任务完成 Task.WaitAny(taskList.ToArray());//也可以限时等待 Console.WriteLine("Eleven准备环境开始部署"); //需要能够等待全部线程完成任务再继续 阻塞当前线程,等着全部任务完成 Task.WaitAll(taskList.ToArray()); Console.WriteLine("5个模块全部完成后,Eleven集中点评"); //Task.WaitAny WaitAll都是阻塞当前线程,等任务完成后执行操作 //阻塞卡界面,是为了并发以及顺序控制 //网站首页:A数据库 B接口 C分布式服务 D搜索引擎,适合多线程并发,都完成后才能返回给用户,需要等待WaitAll //列表页:核心数据可能来自数据库/接口服务/分布式搜索引擎/缓存,多线程并发请求,哪个先完成就用哪个结果,其他的就不管了}

启动带有回调和带有返回值的线程:

{ //带有回调 Task.Run(() => this.DoSomethingLong("btnTask_Click")).ContinueWith(t => Console.WriteLine($"btnTask_Click已完成" +  $"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));}{ //带有返回值 Task<int> result = Task.Run<int>(() =>  {   Thread.Sleep(2000);   return DateTime.Now.Year;  }); int i = result.Result;//会阻塞}

控制Task的并发数量,该怎么做?(下文会介绍更好的解决方案)

{ //假如说我想控制下Task的并发数量,该怎么做? 20个 List<Task> taskList = new List<Task>(); for (int i = 0; i < 10000; i++) {  int k = i;  if (taskList.Count(t => t.Status != TaskStatus.RanToCompletion) >= 20)  {   Task.WaitAny(taskList.ToArray());   taskList = taskList.Where(t => t.Status != TaskStatus.RanToCompletion).ToList();  }  taskList.Add(Task.Run(() =>  {   Console.WriteLine($"This is {k} running ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");   Thread.Sleep(2000);  })); }}

想使用返回值但又不想阻塞线程怎么办?

//想使用返回值但又不想阻塞线程怎么办?{ Task.Run<int>(() => {  Thread.Sleep(2000);  return DateTime.Now.Year; }).ContinueWith(tInt => {  int i = tInt.Result; //不会阻塞 }); //不会阻塞 Task<int> result = Task.Run<int>(() => {  Thread.Sleep(2000);  return DateTime.Now.Year; }); Task.Run(() => {  int i = result.Result; });}

如果在启动线程的时候想带一些参数信息,则可以使用对应的重载方法:

{ TaskFactory taskFactory = new TaskFactory(); List<Task> taskList = new List<Task>(); taskList.Add(taskFactory.StartNew(o => this.Coding("张三", "Portal"), "张三")); taskList.Add(taskFactory.StartNew(o => this.Coding("李四", " DBA "), "李四")); taskList.Add(taskFactory.StartNew(o => this.Coding("王五", "Client"), "王五")); taskList.Add(taskFactory.StartNew(o => this.Coding(" 赵六", "BackService"), " 赵六")); taskList.Add(taskFactory.StartNew(o => this.Coding("钱七", "Wechat"), "钱七")); //谁第一个完成,获取一个红包奖励 taskFactory.ContinueWhenAny(taskList.ToArray(), t => Console.WriteLine($"{t.AsyncState}开发完成,获取个红包奖励" +  $"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));}

几乎90%以上的多线程场景,以及顺序控制,以上的Task的方法就可以完成。

如果你的多线程场景太复杂搞不定,那么请梳理一下你的流程,简化一下。

建议最好不要线程嵌套线程,两层勉强能懂,三层hold不住的,更多只能求神。

 

二、Parallel类

Parallel可以启动多个线程去并发执行多个Action,它是多线程的。Parallel最直观的特点是主线程(当前线程)也会参与计算---阻塞界面(主线程忙于计算,无暇他顾)。

Parallel是在Task的基础上做了一个封装,它的效果等于TaskWaitAll+主线程(当前线程)参与计算。

/// <summary>/// Parallel/// </summary>private void btnParallel_Click(object sender, EventArgs e){ Console.WriteLine($"****************btnParallel_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " +  $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); {  //Parallel并发执行多个Action 多线程的  //主线程(当前线程)会参与计算---阻塞界面  //等于TaskWaitAll+主线程计算  Parallel.Invoke(   () => this.DoSomethingLong("btnParallel_Click_1"),   () => this.DoSomethingLong("btnParallel_Click_2"),   () => this.DoSomethingLong("btnParallel_Click_3"),   () => this.DoSomethingLong("btnParallel_Click_4"),   () => this.DoSomethingLong("btnParallel_Click_5")); } Console.WriteLine($"****************btnParallel_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " +  $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");}

运行结果如下:

可以看出线程ID为01的主线程(当前线程)也参与计算了。

Parallel其他的API如下所示:

//主线程(当前线程)会参与计算{ Parallel.For(0, 5, i => this.DoSomethingLong($"btnParallel_Click_{i}"));}//主线程(当前线程)会参与计算{ Parallel.ForEach(new int[] { 0, 1, 2, 3, 4 }, i => this.DoSomethingLong($"btnParallel_Click_{i}"));}

如何控制并发(线程)数量?上面我们在介绍Task的时候已经写了一种解决方案,其实还有一种更好的解决方案,就是使用Parallel来实现。

//控制线程数量(并发数量)//会阻塞当前线程(主线程)-- 卡界面{ ParallelOptions options = new ParallelOptions(); options.MaxDegreeOfParallelism = 3; Parallel.For(0, 10, options, i => this.DoSomethingLong($"btnParallel_Click_{i}"));}//控制线程数量(并发数量)//不会阻塞当前线程(主线程){ Task.Run(() => {  ParallelOptions options = new ParallelOptions();  options.MaxDegreeOfParallelism = 3;  Parallel.For(0, 10, options, i => this.DoSomethingLong($"btnParallel_Click_{i}")); });}

 

Demo源码:

链接:https://pan.baidu.com/s/1SpbyPnohojyakxCOu4S9DA 提取码:mwd1

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