async 和 await 出现在C# 5.0之后，给并行编程带来了不少的方便，特别是当在MVC中的Action也变成async之后，有点开始什么都是async的味道了。但是这也给我们编程埋下了一些隐患，有时候可能会产生一些我们自己都不知道怎么产生的Bug，特别是如果连线程基础没有理解的情况下，更不知道如何去处理了。那今天我们就来好好看看这两兄弟和他们的叔叔（Task）爷爷(Thread)们到底有什么区别和特点，本文将会对Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await，这三种方式下的并行编程作一个概括性的介绍包括：开启线程，线程结果返回，线程中止，线程中的异常处理等。
创建线程
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Go).Start(); // .NET 1.0开始就有的
Task.Factory.StartNew(Go); // .NET 4.0 引入了 TPL
Task.Run(new Action(Go)); // .NET 4.5 新增了一个Run的方法
Console.ReadLine();
}
public static void Go()
{
Console.WriteLine("我是另一个线程");
}
}
}
这里面需要注意的是，创建Thread的实例之后，需要手动调用它的Start方法将其启动。但是对于Task来说，StartNew和Run的同时，既会创建新的线程，并且会立即启动它。
线程池
线程的创建是比较占用资源的一件事情，.NET 为我们提供了线程池来帮助我们创建和管理线程。Task是默认会直接使用线程池，但是Thread不会。如果我们不使用Task，又想用线程池的话，可以使用ThreadPool类。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("我是主线程：Thread Id {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go);
Console.ReadLine();
}
public static void Go(object data)
{
Console.WriteLine("我是另一个线程:Thread Id {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
}
}
传入参数
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 没有匿名委托之前，我们只能这样传入一个object的参数
new Thread(Go).Start("arg1");
new Thread(delegate ()
{ // 有了匿名委托之后...
GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
});
new Thread(() =>
{ // 当然,还有 Lambada
GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
}).Start();
Task.Run(() =>
{ // Task能这么灵活，也是因为有了Lambda呀。
GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
});
Console.ReadLine();
}
public static void Go(object data)
{
// TODO
Console.WriteLine("我是一个线程:{0}", data);
}
public static void GoGoGo(string arg1, string arg2, string arg3)
{
// TODO
Console.WriteLine("我是另一个线程:{0}{1}{2}", arg1, arg2, arg3);
}
}
}
返回值
Thead是不能返回值的，但是作为更高级的Task当然要弥补一下这个功能。
using System;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var dayName = Task.Run<string>(() => { return GetDayOfThisWeek(); });
Console.WriteLine("今天是：{0}", dayName.Result);
Console.ReadLine();
}
public static string GetDayOfThisWeek()
{
return "Tuesday";
}
}
}
共享数据
上面说了参数和返回值，我们来看一下线程之间共享数据的问题。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
private static bool _isDone = false;
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static void Done()
{
if (!_isDone)
{
_isDone = true; // 第二个线程来的时候，就不会再执行了(也不是绝对的，取决于计算机的CPU数量以及当时的运行情况)
Console.WriteLine("Done");
}
}
}
}
线程之间可以通过static变量来共享数据。
线程安全
我们先把上面的代码小小的调整一下，就知道什么是线程安全了。我们把Done方法中的两句话对换了一下位置 。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
private static bool _isDone = false;
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static void Done()
{
if (!_isDone)
{
Console.WriteLine("Done"); // 猜猜这里面会被执行几次？
_isDone = true;
}
}
}
}
上面这种情况不会一直发生，但是如果你运气好的话，就会中奖了。因为第一个线程还没有来得及把_isDone设置成true，第二个线程就进来了，而这不是我们想要的结果，在多个线程下，结果不是我们的预期结果，这就是线程不安全。
锁
要解决上面遇到的问题，我们就要用到锁。锁的类型有独占锁，互斥锁，以及读写锁等，我们这里就简单演示一下独占锁。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
private static bool _isDone = false;
private static object _lock = new object();
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static void Done()
{
lock (_lock)
{
if (!_isDone)
{
Console.WriteLine("Done"); // 猜猜这里面会被执行几次？
_isDone = true;
}
}
}
}
}
再我们加上锁之后，被锁住的代码在同一个时间内只允许一个线程访问，其它的线程会被阻塞，只有等到这个锁被释放之后其它的线程才能执行被锁住的代码。
Semaphore 信号量
我实在不知道这个单词应该怎么翻译，从官方的解释来看，我们可以这样理解。它可以控制对某一段代码或者对某个资源访问的线程的数量，超过这个数量之后，其它的线程就得等待，只有等现在有线程释放了之后，下面的线程才能访问。这个跟锁有相似的功能，只不过不是独占的，它允许一定数量的线程同时访问。
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static SemaphoreSlim _sem = new SemaphoreSlim(3); // 我们限制能同时访问的线程数量是3
static void Main(string[] args)
{
for (int i = 1; i <= 5; i++) new Thread(Enter).Start(i);
Console.ReadLine();
}
static void Enter(object id)
{
Console.WriteLine(id + " 开始排队...");
_sem.Wait();
Console.WriteLine(id + " 开始执行！");
Thread.Sleep(1000 * (int)id);
Console.WriteLine(id + " 执行完毕，离开！");
_sem.Release();
}
}
}
在最开始的时候，前3个排队之后就立即进入执行，但是4和5，只有等到有线程退出之后才可以执行。
异常处理
其它线程的异常，主线程可以捕获到么？
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
try
{
new Thread(Go).Start();
}
catch (Exception ex)
{
// 其它线程里面的异常，我们这里面是捕获不到的。
Console.WriteLine("Exception!");
}
}
static void Go() { throw null; }
}
}
那么升级了的Task呢？
using System;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
try
{
var task = Task.Run(() => { Go(); });
task.Wait(); // 在调用了这句话之后，主线程才能捕获task里面的异常
// 对于有返回值的Task, 我们接收了它的返回值就不需要再调用Wait方法了
// GetName 里面的异常我们也可以捕获到
var task2 = Task.Run(() => { return GetName(); });
var name = task2.Result;
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine("Exception!");
}
Console.ReadLine();
}
static void Go() { throw null; }
static string GetName() { throw null; }
}
}
一个小例子认识async & await
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Test(); // 这个方法其实是多余的, 本来可以直接写下面的方法
// await GetName()
// 但是由于控制台的入口方法不支持async,所有我们在入口方法里面不能用await
Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.ReadLine();
}
static async Task Test()
{
// 方法打上async关键字，就可以用await调用同样打上async的方法
// await 后面的方法将在另外一个线程中执行
await GetName();
}
static async Task GetName()
{
// Delay 方法来自于.net 4.5
await Task.Delay(1000); // 返回值前面加 async 之后，方法里面就可以用await了
Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine("In antoher thread.....");
}
}
}
await 的原形
await后的的执行顺序
await 之后不会开启新的线程(await 从来不会开启新的线程)，所以上面的图是有一点问题的。
await 不会开启新的线程，当前线程会一直往下走直到遇到真正的Async方法（比如说HttpClient.GetStringAsync），这个方法的内部会用Task.Run或者Task.Factory.StartNew 去开启线程。也就是如果方法不是.NET为我们提供的Async方法，我们需要自己创建Task，才会真正的去创建线程。
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Main Thread Id: {0}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Test();
Console.ReadLine();
}
static async Task Test()
{
Console.WriteLine("Before calling GetName, Thread Id: {0}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
var name = GetName(); // 我们这里没有用 await,所以下面的代码可以继续执行
// 但是如果上面是 await GetName()，下面的代码就不会立即执行，输出结果就不一样了。
Console.WriteLine("End calling GetName.\r\n");
Console.WriteLine("Get result from GetName: {0}", await name);
}
static async Task<string> GetName()
{
// 这里还是主线程
Console.WriteLine("Before calling Task.Run, current thread Id is: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return await Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("'GetName' Thread Id: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Bobby";
});
}
}
}
