一.FrameWork 4.0之前的线程世界
在.NET FrameWork 4.0之前,如果我们使用线程。一般有以下几种方式:
1.使用System.Threading.Thread 类,调用实例方法Start()开启一个新线程,调用Abort()方法来提前终止线程。
2.使用System.Threading.ThreadPool类,调用静态方法QueueUserWorkItem(),将方法放入线程池队列,线程池来控制调用。
3.使用BeginInvoke,EndInvoke,BeginRead,EnRead,BeginWrite,EndWrite等一系列的异步方法。
4.使用System.ComponentModel.BackgroundWorker控件,调用实例方法RunWorkerAsync(),开启一个新线程。
二.创建一个新线程时会产出哪些开销
1.线程内核对象,包含一组对线程进行描述的属性。
2.线程环境块,包含线程异常处理的链首,线程进入的每个try{}块会在链首插入一个节点,从try{}块推出时,会在链首删除该节点。
3.用户模式栈,用来存储传给方法的局部变量和实参,它还包含一个地址,指出当前方法返回知,该从什么地方继续执行。
4.内核模式栈,应用程序代码向操作系统中的一个内核模式的函数传递实参时,会使用内核模式栈。
5.DLL线程附加和线程分离通知,线程开启或者终止时,会调用进程中加载的所有DLL的DLLMain方法。
三.线程池
由于创建一个新的线程是一个昂贵的操作,所以有了线程池来维护了一个线程队列,例如常见的数据库连接池,IIS连接池等。线程池在FrameWork 4.0之前,我们可以使用ThreadPool.QueueUserWorkItem()将一个符合WaitHandle委托类型的方法加入到线程池队列中。
代码如下:
1 static void Main(string[] args) 2 { 3 Console.WriteLine("Main"); 4 ThreadPool.QueueUserWorkItem((o) => 5 { 6 Console.WriteLine(DateTime.Now); 7 }); 8 Thread.Sleep(1000); 9 Console.WriteLine("Main Next..."); 10 Console.Read(); 11 }
为了验证线程池内的方法确实是异步的,我们在Main方法中让主线程停止1秒。测试结果确实是线程池内的方法和Main方法是异步执行的。
四.取消操作
FrameWork提供了一个取消操作的模式,这就意味着我们可以取消正在执行的操作,对于耗时的操作来说,是非常好的用户体验。为了取消一个操作,要创建一个System.Threading.CancellationTokenSource类的实例。(MSDN入口http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/vstudio/system.threading.cancellationtokensource.aspx
)。这个对象包含了管理和取消的所有状态,Token属性可以获取CancellationToken的实例,可以根据IsCancellationRequested属性来判断是否需要取消操作。同时,可以通Register方法注册一个在取消时调用的委托。
代码如下:
1 static void Main(string[] args) 2 { 3 CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); 4 cts.Token.Register(() => Console.WriteLine("Register")); 5 Console.WriteLine("Main"); 6 ThreadPool.QueueUserWorkItem((o) => 7 { 8 CancellationToken ct = (CancellationToken)o; 9 10 for (int i = 0; i < 100; i++) 11 { 12 //是否需要取消操作 13 if (ct.IsCancellationRequested) 14 { 15 break; 16 } 17 Console.WriteLine(DateTime.Now); 18 Thread.Sleep(100); 19 } 20 21 22 }, cts.Token); 23 Thread.Sleep(1000); 24 //取消 25 cts.Cancel(); 26 Console.WriteLine("Main Next..."); 27 Console.Read(); 28 }
可以看到在Main方法中创建了CancellationTokenSource的实例,同时注册了一个在取消时调用的委托,并且把这个实例传给了线程池方法。在线程池方法的循环内判断是否需要取消任务,最后在Main方法内调用cts.Cancel()取消了操作。
五.Task(任务)
1.创建任务
调用ThreadPool.QueueUserWorkItem()方法来处理异步的操作是非常简单的。但是这个是有很多限制的。比如,我们不知道线程池什么时候开始执行方法,什么时候方法执行结束,而且也没有方法的返回值。所以在FrameWork 4.0里,引入了Task的概念。我们可以在 System.Threading.Tasks命名空间下找到它们(MSDN入口http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/vstudio/system.threading.tasks.task.aspx),可以用Task做同样的异步操作。
代码如下:
1 static void Main(string[] args) 2 { 3 Console.WriteLine("Main"); 4 Task<int> task = new Task<int>(() => 5 { 6 int sum = 0; 7 for (int i = 0; i <= 1000; i++) 8 { 9 Thread.Sleep(10); 10 sum += i; 11 } 12 return sum; 13 }); 14 task.Start(); 15 Console.WriteLine(task.Result);//获取任务的执行结果 16 Console.Read(); 17 }
要注意的是调用task.Result获取返回值,或者是task.Wait()等待任务执行完成,主线程将会被阻塞。要等到Task执行完成才会继续执行。同时,如果Task内部抛出了一个未处理的异常,这个异常会在调用Result或者Wait()是时候会抛出System.AggregateException。
2.一个任务完成后自动执行一个新任务
由于调用task.Result或者task.Wait()时会阻塞,所以Task提供了一个ContinueWith()方法,有很多重载。这个方法可以在一个任务完成时,启动一个新任务,并不阻塞主线程。
代码如下:
1 static void Main(string[] args) 2 { 3 Console.WriteLine("Main"); 4 Task<int> task = new Task<int>(() => 5 { 6 int sum = 0; 7 for (int i = 0; i <= 1000; i++) 8 { 9 Thread.Sleep(10); 10 sum += i; 11 } 12 13 return sum; 14 }); 15 task.Start(); 16 task.ContinueWith((t) => Console.WriteLine(t.Result));//获取任务的执行结果 17 Console.WriteLine("Main Next"); 18 Console.Read(); 19 }
要注意的是,执行到ContinueWith的时候,可能第一个求和的任务已经完成了。不过这不影响结果,ContinueWith方法会立即启动第二个任务。
3.任务的状态
Task内部有Status的只读属性,这个的属性是TaskStatus类型的枚举。在Task对象的生存期间,可以通过Status获取任务的的当前状态。这个枚举的状态的定义如下:
1 public enum TaskStatus 2 { 3 Created = 0, //该任务已初始化,但尚未被计划 4 5 WaitingForActivation = 1, //该任务正在等待 .NET Framework 基础结构在内部将其激活并进行计划。 6 7 WaitingToRun = 2, //该任务已被计划执行,但尚未开始执行。 8 9 Running = 3, //该任务正在运行,但尚未完成。 10 11 WaitingForChildrenToComplete = 4,//该任务已完成执行,正在隐式等待附加的子任务完成。 12 13 RanToCompletion = 5, //已成功完成执行的任务。 14 15 Canceled = 6, //该任务已通过对其自身的 CancellationToken 引发 OperationCanceledException 对取消进行了确认, 16 // 此时该标记处于已发送信号状态;或者在该任务开始执行之前,已向该任务的CancellationToken 发出了信号。 17 18 Faulted = 7, // 由于未处理异常的原因而完成的任务。 19 }
在创建一个Task对象时,状态是Created。当调用Start()方法,任务启动时,状态变成了WaitingToRun(),任务真正开始执行时,状态变成了Running,任务结束时,对应的三种不同的状态:成功、被取消、执行中出现未处理异常,分别对应:RanToCompletion、Canceled、Faulted。