.NET異步和多執行緒系列（三）- Task和Parallel-有解無憂

一、Task類

Task是.NET Framework 3.0出現的，執行緒是基于執行緒池的，然后提供了豐富的API，Task被稱之為多執行緒的最佳實踐，

首先我們來看下如何使用Task來啟動執行緒：

/// <summary>
/// 一個比較耗時耗資源的私有方法
/// </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出現的，執行緒是基于執行緒池的，然后提供了豐富的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的執行緒是源于執行緒池，執行緒池是單例的，全域唯一的，

//Task的執行緒是源于執行緒池
//執行緒池是單例的，全域唯一的
{
    //設定的最大值，必須大于CPU核數，否則設定無效
    //全域的，請不要這樣設定！！！此處設定只是為了演示
    ThreadPool.SetMaxThreads(12, 12);

    //設定后，同時并發的Task只有12個；而且執行緒是復用的；
    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);
        });
    }
    //假如說我想控制下Task的并發數量，該怎么做？
}

注意：執行緒池的執行緒數量，設定的最大值，必須大于CPU核數，否則設定無效，

運行結果如下：

從結果中可以看出同時并發的Task只有12個（執行緒ID從03到14）；而且執行緒是復用的；

同步等待：

{
    Stopwatch stopwatch = new Stopwatch(); //計時
    stopwatch.Start();
    Console.WriteLine("在Sleep之前");
    Thread.Sleep(2000);//同步等待--當前執行緒等待2s 然后繼續
    Console.WriteLine("在Sleep之后");
    stopwatch.Stop();
    Console.WriteLine($"Sleep耗時{stopwatch.ElapsedMilliseconds}");
}

異步等待（Task.Delay方法，一般結合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) //異步等待--等待2s后啟動新任務
        .ContinueWith(t =>
        {
            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine($"Delay耗時{stopwatch.ElapsedMilliseconds}");

            Console.WriteLine($"This is ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        });
    Console.WriteLine("在Delay之后");
    //stopwatch.Stop();
    //Console.WriteLine($"Delay耗時{stopwatch.ElapsedMilliseconds}");
}

什么時候能用多執行緒？任務能并發的時候，多執行緒能干嘛？提升速度/優化用戶體驗，

ContinueWhenAny：同時并發多個任務，當其中任意一個任務完成的時候，也可能是多個任務同時第一時間完成的時候，執行后續的任務，非阻塞式的回呼，

ContinueWhenAll：同時并發多個任務，當所有的任務都完成的時候，執行后續的任務，非阻塞式的回呼，

WaitAny：阻塞當前執行緒，等著任意一個任務完成，

WaitAll：阻塞當前執行緒，等著全部任務完成，

/// <summary>
/// 模擬講課
/// </summary>
private void Teach(string lesson)
{
    Console.WriteLine($"{lesson}開始講，，，");
    long lResult = 0;
    for (int i = 0; i < 1_000_000_000; i++)
    {
        lResult += i;
    }
    Console.WriteLine($"{lesson}講完了，，，");
}

/// <summary>
/// 模擬編程程序
/// </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}***************");
}

{
    //什么時候能用多執行緒？ 任務能并發的時候
    //多執行緒能干嘛？提升速度/優化用戶體驗
    Console.WriteLine("Eleven開啟了一學期的課程");
    this.Teach("Lesson1");
    this.Teach("Lesson2");
    this.Teach("Lesson3");
    //不能并發，因為有嚴格順序(只有Eleven講課)
    Console.WriteLine("部署一下專案實戰作業，需要多人合作完成");

    //開發可以多人合作---多執行緒--提升性能
    TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
    List<Task> taskList = new List<Task>();
    taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => this.Coding("張三", "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("趙六", "BackService")));
    taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => this.Coding("錢七", "Wechat")));

    //誰第一個完成，獲取一個紅包獎勵
    taskFactory.ContinueWhenAny(taskList.ToArray(), t => Console.WriteLine($"XXX開發完成，獲取個紅包獎勵" +
        $"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));
    //實戰作業完成后，一起慶祝一下
    taskList.Add(taskFactory.ContinueWhenAll(taskList.ToArray(), rArray => Console.WriteLine($"開發都完成，一起慶祝一下" +
        $"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}")));
    //ContinueWhenAny  ContinueWhenAll 非阻塞式的回呼；而且使用的執行緒可能是新執行緒，也可能是剛完成任務的執行緒，唯一不可能是主執行緒，

    //阻塞當前執行緒，等著任意一個任務完成
    Task.WaitAny(taskList.ToArray());//也可以限時等待
    Console.WriteLine("Eleven準備環境開始部署");
    //需要能夠等待全部執行緒完成任務再繼續  阻塞當前執行緒，等著全部任務完成
    Task.WaitAll(taskList.ToArray());
    Console.WriteLine("5個模塊全部完成后，Eleven集中點評");
    //Task.WaitAny  WaitAll都是阻塞當前執行緒，等任務完成后執行操作

    //阻塞卡界面，是為了并發以及順序控制
    //網站首頁：A資料庫 B介面 C分布式服務 D搜索引擎，適合多執行緒并發，都完成后才能回傳給用戶，需要等待WaitAll
    //串列頁：核心資料可能來自資料庫/介面服務/分布式搜索引擎/快取，多執行緒并發請求，哪個先完成就用哪個結果，其他的就不管了
}

啟動帶有回呼和帶有回傳值的執行緒：

{
    //帶有回呼
    Task.Run(() => this.DoSomethingLong("btnTask_Click")).ContinueWith(t => Console.WriteLine($"btnTask_Click已完成" +
        $"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));
}

{
    //帶有回傳值
    Task<int> result = Task.Run<int>(() =>
        {
            Thread.Sleep(2000);
            return DateTime.Now.Year;
        });
    int i = result.Result;//會阻塞
}

控制Task的并發數量，該怎么做？（下文會介紹更好的解決方案）

{
    //假如說我想控制下Task的并發數量，該怎么做？  20個
    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);
        }));
    }
}

想使用回傳值但又不想阻塞執行緒怎么辦？

//想使用回傳值但又不想阻塞執行緒怎么辦？
{
    Task.Run<int>(() =>
    {
        Thread.Sleep(2000);
        return DateTime.Now.Year;
    }).ContinueWith(tInt =>
    {
        int i = tInt.Result; //不會阻塞
    });

    //不會阻塞
    Task<int> result = Task.Run<int>(() =>
    {
        Thread.Sleep(2000);
        return DateTime.Now.Year;
    });
    Task.Run(() =>
    {
        int i = result.Result;
    });
}

如果在啟動執行緒的時候想帶一些引數資訊，則可以使用對應的多載方法：

{
    TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
    List<Task> taskList = new List<Task>();
    taskList.Add(taskFactory.StartNew(o => this.Coding("張三", "Portal"), "張三"));
    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(" 趙六", "BackService"), " 趙六"));
    taskList.Add(taskFactory.StartNew(o => this.Coding("錢七", "Wechat"), "錢七"));

    //誰第一個完成，獲取一個紅包獎勵
    taskFactory.ContinueWhenAny(taskList.ToArray(), t => Console.WriteLine($"{t.AsyncState}開發完成，獲取個紅包獎勵" +
        $"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"));
}

幾乎90%以上的多執行緒場景，以及順序控制，以上的Task的方法就可以完成，

如果你的多執行緒場景太復雜搞不定，那么請梳理一下你的流程，簡化一下，

建議最好不要執行緒嵌套執行緒，兩層勉強能懂，三層hold不住的，更多只能求神，

二、Parallel類

Parallel可以啟動多個執行緒去并發執行多個Action，它是多執行緒的，Parallel最直觀的特點是主執行緒（當前執行緒）也會參與計算---阻塞界面（主執行緒忙于計算，無暇他顧），

Parallel是在Task的基礎上做了一個封裝，它的效果等于TaskWaitAll+主執行緒（當前執行緒）參與計算，

/// <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并發執行多個Action 多執行緒的
        //主執行緒（當前執行緒）會參與計算---阻塞界面
        //等于TaskWaitAll+主執行緒計算
        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")}***************");
}

運行結果如下：

可以看出執行緒ID為01的主執行緒（當前執行緒）也參與計算了，

Parallel其他的API如下所示：

//主執行緒（當前執行緒）會參與計算
{
    Parallel.For(0, 5, i => this.DoSomethingLong($"btnParallel_Click_{i}"));
}

//主執行緒（當前執行緒）會參與計算
{
    Parallel.ForEach(new int[] { 0, 1, 2, 3, 4 }, i => this.DoSomethingLong($"btnParallel_Click_{i}"));
}

如何控制并發（執行緒）數量？上面我們在介紹Task的時候已經寫了一種解決方案，其實還有一種更好的解決方案，就是使用Parallel來實作，

//控制執行緒數量（并發數量）
//會阻塞當前執行緒（主執行緒）-- 卡界面
{
    ParallelOptions options = new ParallelOptions();
    options.MaxDegreeOfParallelism = 3;
    Parallel.For(0, 10, options, i => this.DoSomethingLong($"btnParallel_Click_{i}"));
}

//控制執行緒數量（并發數量）
//不會阻塞當前執行緒（主執行緒）
{
    Task.Run(() =>
    {
        ParallelOptions options = new ParallelOptions();
        options.MaxDegreeOfParallelism = 3;
        Parallel.For(0, 10, options, i => this.DoSomethingLong($"btnParallel_Click_{i}"));
    });
}

Demo原始碼：

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