c#之task与thread区别及其使用

眼镜蛇图书馆zh 2019-12-30

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1.什么是thread

当我们提及多线程的时候会想到thread和threadpool，这都是异步操作，threadpool其实就是thread的集合，具有很多优势，不过在任务多的时候全局队列会存在竞争而消耗资源。thread默认为前台线程，主程序必须等线程跑完才会关闭，而threadpool相反。
总结：threadpool确实比thread性能优，但是两者都没有很好的api区控制，如果线程执行无响应就只能等待结束，从而诞生了task任务。

2.什么是task

task简单地看就是任务，那和thread有什么区别呢？Task的背后的实现也是使用了线程池线程，但它的性能优于ThreadPoll,因为它使用的不是线程池的全局队列，而是使用的本地队列，使线程之间的资源竞争减少。同时Task提供了丰富的API来管理线程、控制。但是相对前面的两种耗内存，Task依赖于CPU对于多核的CPU性能远超前两者，单核的CPU三者的性能没什么差别。

3.创建一个task任务有两种模式：

1.使用factory创建会直接执行，使用new创建不会执行，必须等到start启动之后才执行。


 public void test()
        {
            var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
            });
            testTask.Start();
            var factoryTeak = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("factory task start");
            });
        }

2.我们来看看task的生命周期


var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            testTask.Start();
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            Console.WriteLine(testTask.Status);         
            testTask.Wait();
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            Console.WriteLine(testTask.Status);

输出结果：

Created
task start
Running
Running
RanToCompletion
RanToCompletion

可以看出task确实是异步执行，并且wait很好地控制了task。

3.下面演示几个控制task的方法

     var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            testTask.Start();
            testTask.Wait();


var testTask = new Task(() =>
            {
               Console.WriteLine("task start");
               System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            testTask.Start();
var factoryTeak = Task.Factory.StartNew(() =>
               {                 
                  Console.WriteLine("factory task start");
               });
              Task.WaitAll(testTask, factoryTeak);
              Console.WriteLine("end");

 var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            testTask.Start();
 var factoryTeak = Task.Factory.StartNew(() =>
               {                  
                  Console.WriteLine("factory task start");
                });
                Task.WaitAny(testTask, factoryTeak);
                Console.WriteLine("end");

通过wait()对单个task进行等待，Task.waitall()对多个task进行等待，waitany()执行任意一个task就往下继续执行。

4.task的回调执行

  var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            testTask.Start();
            var resultTest = testTask.ContinueWith<string>((Task) => {
                Console.WriteLine("testTask end");
                return "end";
            });
            Console.WriteLine(resultTest.Result);

5.task的取消

首先创建一个取消task的令牌的实例，在不启动task直接取消：

var tokenSource = new CancellationTokenSource();//创建取消task实例
            var testTask = new Task(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 6; i++) {
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }               
            },tokenSource.Token);
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            tokenSource.Token.Register(()=> {
                Console.WriteLine("task is to cancel");
            });
            tokenSource.Cancel();
            Console.WriteLine(testTask.Status);

输出结果：

Created
task is to cancel
Canceled

如果task启动了真的取消了task？

  var tokenSource = new CancellationTokenSource();//创建取消task实例
            var testTask = new Task(() =>
            {
                for (int i = 0; i <6; i++) {
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }               
            },tokenSource.Token);
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            testTask.Start();
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            tokenSource.Token.Register(()=> {
                Console.WriteLine("task is to cancel");
            });
            tokenSource.Cancel();
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                Console.WriteLine(testTask.Status);
            }

输出结果：

Created
WaitingToRun
task is to cancel
Running
Running
Running
Running
Running
Running
RanToCompletion
RanToCompletion
RanToCompletion
RanToCompletion
RanToCompletion

可以看出其实并没有取消task，此时task还在继续跑。

6.task的嵌套

  var parentTask = new Task(()=> {
                var childTask = new Task(() =>{
                    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine("childTask to start");
                });
                childTask.Start();
                Console.WriteLine("parentTask to start");
            });
            parentTask.Start();
            parentTask.Wait();
            Console.WriteLine("end");

此时为普通关联，父task和子task没影响

  var parentTask = new Task(()=> {
                var childTask = new Task(() =>{
                    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine("childTask to start");
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
                childTask.Start();
                Console.WriteLine("parentTask to start");
            } );
            parentTask.Start();
            parentTask.Wait();
            Console.WriteLine("end");

此时为父task和子task关联，wait会一直等待父子task执行完。

6.task死锁的问题

我们可以设置最大等待时间，如果超过了等待时间，就不再等待，下面我们来修改代码，设置最大等待时间为5秒(项目中可以根据实际情况设置)，如果超过5秒就输出哪个任务出错了

7.对Spinlock的使用

举例来说Parallel.for和Parallel.foreach是线程不安全的，有可能达不到你的预期，此时就需要加锁来解决此问题，我们可以加lock和spinlock(自旋锁)来解决

            SpinLock slock = new SpinLock(false);
            var testLock= new object();
            long sum1 = 0;
            long sum2 = 0;
            long sum3 = 0;
            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                sum1 += i;
            });

            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                bool lockTaken = false;
                try
                {
                    slock.Enter(ref lockTaken);
                    sum2 += i;
                }
                finally
                {
                    if (lockTaken)
                        slock.Exit(false);
                }
            });
            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                lock(testLock)
                {
                    sum3 += i;
                };
            });
            Console.WriteLine("Num1的值为:{0}", sum1);
            Console.WriteLine("Num2的值为:{0}", sum2);
            Console.WriteLine("Num3的值为:{0}", sum3);

输出结果：

Num1的值为:1660913202
Num2的值为:4999950000
Num3的值为:4999950000

Num1的值为:2754493646
Num2的值为:4999950000
Num3的值为:4999950000

Num1的值为:4999950000
Num2的值为:4999950000
Num3的值为:4999950000

最后看看threadpoll和task的结构图：

threadpool：