使用Task代替ThreadPool和Thread

xiaoxiao2021-04-14 67

一：Task的优势

ThreadPool相比Thread来说具备了很多优势，但是ThreadPool却又存在一些使用上的不方便。比如：

1: ThreadPool不支持线程的取消、完成、失败通知等交互性操作；

2: ThreadPool不支持线程执行的先后次序；

以往，如果开发者要实现上述功能，需要完成很多额外的工作，现在，FCL中提供了一个功能更强大的概念：Task。Task在线程池的基础上进行了优化，并提供了更多的API。在FCL4.0中，如果我们要编写多线程程序，Task显然已经优于传统的方式。

以下是一个简单的任务示例：

[csharp] view plain copy static void Main(string[] args) { Task t = new Task(() => { Console.WriteLine("任务开始工作……"); //模拟工作过程 Thread.Sleep(5000); }); t.Start(); t.ContinueWith((task) => { Console.WriteLine("任务完成，完成时候的状态为："); Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted); }); Console.ReadKey(); } 二：Task的完成状态

任务Task有这样一些属性，让我们查询任务完成时的状态：

1: IsCanceled，因为被取消而完成；

2: IsCompleted，成功完成；

3: IsFaulted，因为发生异常而完成

需要注意的是，任务并没有提供回调事件来通知完成（像BackgroundWorker一样），它通过启用一个新任务的方式来完成类似的功能。ContinueWith方法可以在一个任务完成的时候发起一个新任务，这种方式天然就支持了任务的完成通知：我们可以在新任务中获取原任务的结果值。

下面是一个稍微复杂一点的例子，同时支持完成通知、取消、获取任务返回值等功能：

[csharp] view plain copy static void Main(string[] args) { CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); Task<int> t = new Task<int>(() => Add(cts.Token), cts.Token); t.Start(); t.ContinueWith(TaskEnded); //等待按下任意一个键取消任务 Console.ReadKey(); cts.Cancel(); Console.ReadKey(); } static void TaskEnded(Task<int> task) { Console.WriteLine("任务完成，完成时候的状态为："); Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted); Console.WriteLine("任务的返回值为：{0}", task.Result); } static int Add(CancellationToken ct) { Console.WriteLine("任务开始……"); int result = 0; while (!ct.IsCancellationRequested) { result++; Thread.Sleep(1000); } return result; }

在任务开始后大概3秒钟的时候按下键盘，会得到如下的输出：

[plain] view plain copy 任务开始…… 任务完成，完成时候的状态为： IsCanceled=False IsCompleted=True IsFaulted=False 任务的返回值为：3

你也许会奇怪，我们的任务是通过Cancel的方式处理，为什么完成的状态IsCanceled那一栏还是False。这是因为在工作任务中，我们对于IsCancellationRequested进行了业务逻辑上的处理，并没有通过ThrowIfCancellationRequested方法进行处理。如果采用后者的方式，如下：

[csharp] view plain copy static void Main(string[] args) { CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); Task<int> t = new Task<int>(() => AddCancleByThrow(cts.Token), cts.Token); t.Start(); t.ContinueWith(TaskEndedByCatch); //等待按下任意一个键取消任务 Console.ReadKey(); cts.Cancel(); Console.ReadKey(); } static void TaskEndedByCatch(Task<int> task) { Console.WriteLine("任务完成，完成时候的状态为："); Console.WriteLine("IsCanceled={0}\tIsCompleted={1}\tIsFaulted={2}", task.IsCanceled, task.IsCompleted, task.IsFaulted); try { Console.WriteLine("任务的返回值为：{0}", task.Result); } catch (AggregateException e) { e.Handle((err) => err is OperationCanceledException); } } static int AddCancleByThrow(CancellationToken ct) { Console.WriteLine("任务开始……"); int result = 0; while (true) { ct.ThrowIfCancellationRequested(); result++; Thread.Sleep(1000); } return result; }

那么输出为：

[plain] view plain copy 任务开始…… 任务完成，完成时候的状态为： IsCanceled=True IsCompleted=True IsFaulted=False

在任务结束求值的方法TaskEndedByCatch中，如果任务是通过ThrowIfCancellationRequested方法结束的，对任务求结果值将会抛出异常OperationCanceledException，而不是得到抛出异常前的结果值。这意味着任务是通过异常的方式被取消掉的，所以可以注意到上面代码的输出中，状态IsCancled为True。

再一次，我们注意到取消是通过异常的方式实现的，而表示任务中发生了异常的IsFaulted状态却还是等于False。这是因为ThrowIfCancellationRequested是协作式取消方式类型CancellationTokenSource的一个方法，CLR进行了特殊的处理。CLR知道这一行程序开发者有意为之的代码，所以不把它看作是一个异常（它被理解为取消）。要得到IsFaulted等于True的状态，我们可以修改While循环，模拟一个异常出来：

[csharp] view plain copy while (true) { //ct.ThrowIfCancellationRequested(); if (result == 5) { throw new Exception("error"); } result++; Thread.Sleep(1000); }

模拟异常后的输出为：

[plain] view plain copy 任务开始…… 任务完成，完成时候的状态为： IsCanceled=False IsCompleted=True IsFaulted=True 三：任务工厂

Task还支持任务工厂的概念。任务工厂支持多个任务之间共享相同的状态，如取消类型CancellationTokenSource就是可以被共享的。通过使用任务工厂，可以同时取消一组任务：

[csharp] view plain copy static void Main(string[] args) { CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); //等待按下任意一个键取消任务 TaskFactory taskFactory = new TaskFactory(); Task[] tasks = new Task[] { taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token)), taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token)), taskFactory.StartNew(() => Add(cts.Token)) }; //CancellationToken.None指示TasksEnded不能被取消 taskFactory.ContinueWhenAll(tasks, TasksEnded, CancellationToken.None); Console.ReadKey(); cts.Cancel(); Console.ReadKey(); } static void TasksEnded(Task[] tasks) { Console.WriteLine("所有任务已完成！"); }

以上代码输出为：

[plain] view plain copy 任务开始…… 任务开始…… 任务开始…… 所有任务已完成（取消）！

本建议演示了Task（任务）和TaskFactory（任务工厂）的使用方法。Task甚至进一步优化了后台线程池的调度，加快了线程的处理速度。在FCL4.0时代，使用多线程，我们理应更多地使用Task。

下面说下如何正确停止线程

开发者总尝试对自己的代码有更多的控制。“让那个还在工作的线程马上停止下来”就是诸多要求中的一种。然而事与愿违，这里面至少存在两个问题：

第一个问题是：正如线程不能立即启动一样，线程也并不能说停就停。无论采用何种方式通知工作线程需要停止，工作线程都会忙完手头最紧要的活，然后在它觉得合适的时候退出。以最传统的Thread.Abort方法为例，如果线程当前正在执行的是一段非托管代码，那么CLR就不会抛出ThreadAbortException，只有当代码继续回到CLR中时，才会引发ThreadAbortException。当然，即便是在CLR环境中，ThreadAbortException也不会立即引发。

其次，正确停止线程，不在于调用者采取了什么行为（如最开始的Thread.Abort()方法），而更多依赖于工作线程是否能主动响应调用者的停止请求。大体机制是，如果线程需要被停止，那么线程自身就得负责开放给调用者这样的接口：Cancled，然后线程在工作的同时，还得以某种频率检测Cancled标识，若检测到Cancled，线程自己负责退出。

FCL现在为我们提供了标准的取消模式：协作式取消（Cooperative Cancellation）。协作式取消的机制就是上文提到的机制。下面是一个最基础的协作式取消的样例：

[csharp] view plain copy CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); Thread t = new Thread(() => { while (true) { if (cts.Token.IsCancellationRequested) { Console.WriteLine("线程被终止！"); break; } Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString()); Thread.Sleep(1000); } }); t.Start(); Console.ReadLine(); cts.Cancel();

调用者使用CancellationTokenSource的Cancle方法通知工作线程退出。工作线程则以大致1000毫秒的频率一边工作，一边检查是否有外界传入进来的Cancel信号。若有这样的信号，则负责退出。可以看到，在正确停止线程的机制中，真正起到主要作用的是线程本身。样例中的工作代码比较简单，不过也足以说明问题。更复杂的计算式的工作，也应该以这样的一种方式，妥善而正确地处理退出。

协作式取消中的关键类型是CancellationTokenSource。它有一个关键属性Token，Token是一个名为CancellationToken的值类型。CancellationToken继而进一步提供了布尔值的属性IsCancellationRequested作为需要取消工作的标识。CancellationToken还有一个方法尤其值得注意，那就是Register方法。它负责传递一个Action委托，在线程停止的时候被回调，使用方法如：

[csharp] view plain copy cts.Token.Register(() => { Console.WriteLine("工作线程被终止了。"); }); 本建议中的例子使用Thread进行了演示，使用ThreadPool也是一样的模式，这里就不再赘述。后面我们还会讲到任务Task，它依赖于CancellationTokenSource和CancellationToken完成了所有的取消控制。