c# 幾個常見的TAP異步操作
在本系列上一篇文章 [15：異步編程基礎] 中，我們講到，現(xiàn)代應用程序廣泛使用的是基于任務的異步編程模式（TAP），歷史的 EAP 和 AMP 模式已經(jīng)過時不推薦使用。今天繼續(xù)總結一下 TAP 的異步操作，比如取消任務、報告進度、Task.Yield()、ConfigureAwait() 和并行操作等。
雖然實際 TAP 編程中很少使用到任務的狀態(tài)，但它是很多 TAP 操作機理的基礎，所以下面先從任務狀態(tài)講起。
1 任務狀態(tài)
Task 類為異步操作提供了一個生命周期，這個周期由 TaskStatus 枚舉表示，它有如下值：
public enum TaskStatus
{
Created = 0,
WaitingForActivation = 1,
WaitingToRun = 2,
Running = 3,
WaitingForChildrenToComplete = 4,
RanToCompletion = 5,
Canceled = 6,
Faulted = 7
}
其中 Canceled、Faulted 和 RanToCompletion 狀態(tài)一起被認為是任務的最終狀態(tài)。因此，如果任務處于最終狀態(tài)，則其 IsCompleted 屬性為 true 值。
手動控制任務啟動
為了支持手動控制任務啟動，并支持構造與調(diào)用的分離，Task 類提供了一個 Start 方法。由 Task 構造函數(shù)創(chuàng)建的任務被稱為冷任務，因為它們的生命周期處于 Created 狀態(tài)，只有該實例的 Start 方法被調(diào)用才會啟動。
任務狀態(tài)平時用的情況不多，一般我們在封裝一個任務相關的方法時，可能會用到。比如下面這個例子，需要判斷某任務滿足一定條件才啟動：
static void Main(string[] args)
{
MyTask t = new(() =>
{
// do something.
});
StartMyTask(t);
Console.ReadKey();
}
public static void StartMyTask(MyTask t)
{
if (t.Status == TaskStatus.Created && t.Counter>10)
{
t.Start();
}
else
{
// 這里模擬計數(shù)，直到 Counter>10 再執(zhí)行 Start
while (t.Counter <= 10)
{
// Do something
t.Counter++；
}
t.Start();
}
}
public class MyTask : Task
{
public MyTask(Action action) : base(action)
{
}
public int Counter { get; set; }
}
同樣，TaskStatus.Created 狀態(tài)以外的狀態(tài)，我們叫它熱任務，熱任務一定是被調(diào)用了 Start 方法激活過的。
確保任務已激活
注意，所有從 TAP 方法返回的任務都必須被激活，比如下面這樣的代碼：
MyTask task = new(() =>
{
Console.WriteLine("Do something.");
});
// 在其它地方調(diào)用
await task;
在 await 之前，任務沒有執(zhí)行 Task.Start 激活，await 時程序就會一直等待下去。所以如果一個 TAP 方法內(nèi)部使用 Task 構造函數(shù)來實例化要返回的 Task，那么 TAP 方法必須在返回 Task 對象之前對其調(diào)用 Start。
2 任務取消
在 TAP 中，取消對于異步方法實現(xiàn)者和消費者來說都是可選的。如果一個操作允許取消，它就會暴露一個異步方法的重載，該方法接受一個取消令牌(CancellationToken 實例)。按照慣例，參數(shù)被命名為 cancellationToken。例如：
public Task ReadAsync(
byte [] buffer, int offset, int count,
CancellationToken cancellationToken)
異步操作會監(jiān)控這個令牌是否有取消請求。如果收到取消請求，它可以選擇取消操作，如下面的示例通過 while 來監(jiān)控令牌的取消請求：
static void Main(string[] args)
{
CancellationTokenSource source = new();
CancellationToken token = source.Token;
var task = DoWork(token);
// 實際情況可能是在稍后的其它線程請求取消
Thread.Sleep(100);
source.Cancel();
Console.WriteLine($"取消后任務返回的狀態(tài)：{task.Status}");
Console.ReadKey();
}
public static Task DoWork(CancellationToken cancellationToken)
{
while (!cancellationToken.IsCancellationRequested)
{
// Do something.
Thread.Sleep(1000);
return Task.CompletedTask;
}
return Task.FromCanceled(cancellationToken);
}
如果取消請求導致工作提前結束，甚至還沒有開始就收到請求取消，則 TAP 方法返回一個以 Canceled 狀態(tài)結束的任務，它的 IsCompleted 屬性為 true，且不會拋出異常。當任務在 Canceled 狀態(tài)下完成時，任何在該任務注冊的延續(xù)任務仍都會被調(diào)用和執(zhí)行，除非指定了諸如 NotOnCanceled 這樣的選項來選擇不延續(xù)。
但是，如果在異步任務在工作時收到取消請求，異步操作也可以選擇不立刻結束，而是等當前正在執(zhí)行的工作完成后再結束，并返回 RanToCompletion 狀態(tài)的任務；也可以終止當前工作并強制結束，根據(jù)實際業(yè)務情況和是否生產(chǎn)異常結果返回 Canceled 或 Faulted 狀態(tài)。
對于不能被取消的業(yè)務方法，不要提供接受取消令牌的重載，這有助于向調(diào)用者表明目標方法是否可以取消。
3 進度報告
幾乎所有異步操作都可以提供進度通知，這些通知通常用于用異步操作的進度信息更新用戶界面。
在 TAP 中，進度是通過 IProgress<T> 接口來處理的，該接口作為一個參數(shù)傳遞給異步方法。下面是一個典型的的使用示例：
static void Main(string[] args)
{
var progress = new Progress<int>(n =>
{
Console.WriteLine($"當前進度：{n}%");
});
var task = DoWork(progress);
Console.ReadKey();
}
public static async Task DoWork(IProgress<int> progress)
{
for (int i = 1; i <= 100; i++)
{
await Task.Delay(100);
if (i % 10 == 0)
{
progress?.Report(i);
};
}
}
輸出如下結果：
當前進度：10%
當前進度：20%
當前進度：30%
當前進度：40%
當前進度：50%
當前進度：60%
當前進度：70%
當前進度：80%
當前進度：90%
當前進度：100%
IProgress<T> 接口支持不同的進度實現(xiàn)，這是由消費代碼決定的。例如，消費代碼可能只關心最新的進度更新，或者希望緩沖所有更新，或者希望為每個更新調(diào)用一個操作，等等。所有這些選項都可以通過使用該接口來實現(xiàn)，并根據(jù)特定消費者的需求進行定制。例如，如果本文前面的 ReadAsync 方法能夠以當前讀取的字節(jié)數(shù)的形式報告進度，那么進度回調(diào)可以是一個 IProgress<long> 接口。
public Task ReadAsync(
byte[] buffer, int offset, int count,
IProgress<long> progress)
再如 FindFilesAsync 方法返回符合特定搜索模式的所有文件列表，進度回調(diào)可以提供工作完成的百分比和當前部分結果集，它可以用一個元組來提供這個信息。
public Task<ReadOnlyCollection<FileInfo>> FindFilesAsync(
string pattern,
IProgress<Tuple<double, ReadOnlyCollection<List<FileInfo>>>> progress)
或使用 API 特有的數(shù)據(jù)類型：
public Task<ReadOnlyCollection<FileInfo>> FindFilesAsync(
string pattern,
IProgress<FindFilesProgressInfo> progress)
如果 TAP 的實現(xiàn)提供了接受 IProgress<T> 參數(shù)的重載，它們必須允許參數(shù)為空，在這種情況下，不會報告進度。IProgress<T> 實例可以作為獨立的對象，允許調(diào)用者決定如何以及在哪里處理這些進度信息。
4 Task.Yield 讓步
我們先來看一段 Task.Yield() 的代碼：
Task.Run(async () =>
{
for(int i=0; i<10; i++)
{
await Task.Yield();
...
}
});
這里的 Task.Yield() 其實什么也沒干，它返回的是一個空任務。那 await 一個什么也沒做的空任務有什么用呢？
我們知道，對計算機來說，任務調(diào)度是根據(jù)一定的優(yōu)先策略來安排線程去執(zhí)行的。如果任務太多，線程不夠用，任務就會進入排隊狀態(tài)。而 Yield 的作用就是讓出等待的位置，讓后面排除的任務先行。它字面上的意思就是讓步，當任務做出讓步時，其它任務就可以盡快被分配線程去執(zhí)行。舉個現(xiàn)實生活中的例子，就像你在排隊辦理業(yè)務時，好不容易到你了，但你的事情并不急，自愿讓出位置，讓其他人先辦理，自己假裝臨時有事到外面溜一圈什么事也沒干又回來重新排隊。默默地做了一次大善人。
Task.Yield() 方法就是在異步方法中引入一個讓步點。當代碼執(zhí)行到讓步點時，就會讓出控制權，去線程池外面兜一圈什么事也沒干再回來重新排隊。
5 定制異步任務后續(xù)操作
我們可以對異步任務執(zhí)行完成的后續(xù)操作進行定制。常見的兩個方法是 ConfigureAwait 和 ContinueWith。
ConfigureAwait
我們先來看一段 Windows Form 中的代碼：
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var content = CurlAsync().Result;
...
}
private async Task<string> CurlAsync()
{
using (var client = new HttpClient())
{
returnawait client.GetStringAsync("http://geekgist.com");
}
}
想必大家都知道 CurlAsync().Result 這句代碼在 Windows Form 程序中會造成死鎖。原因是 UI 主線程執(zhí)行到這句代碼時，就開始等待異步任務的結果，處于阻塞狀態(tài)。而異步任務執(zhí)行完后回來準備找 UI 線程繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼時，卻發(fā)現(xiàn) UI 線程一直處于“忙碌”的狀態(tài)，沒空搭理回來的異步任務。這就造成了你等我，我又在等你的尷尬局面。
當然，這種死鎖的情況只會在 Winform 和早期的 ASP.NET WebForm 中才會發(fā)生，在 Console 和 Web API 應用中不會生產(chǎn)死鎖。
解決辦法很簡單，作為異步方法調(diào)用者，我們只需改用 await 即可：
private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var content = await CurlAsync();
...
}
在異步方法內(nèi)部，我們也可以調(diào)用任務的 ConfigureAwait(false) 方法來解決這個問題。如：
private async Task<string> CurlAsync()
{
using (var client = new HttpClient())
{
returnawait client
.GetStringAsync("http://geekgist.com")
.ConfigureAwait(false);
}
}
雖然兩種方法都可行，但如果作為異步方法提供者，比如封裝一個通用庫時，考慮到難免會有新手開發(fā)者會使用 CurlAsync().Result，為了提高通用庫的容錯性，我們就可能需要使用 ConfigureAwait 來做兼容。
ConfigureAwait(false) 的作用是告訴主線程，我要去遠行了，你去做其它事情吧，不用等我。只要先確保一方不在一直等另一方，就能避免互相等待而造成死鎖的情況。
ContinueWith
ContinueWith 方法很容易理解，就是字面上的意思。作用是在異步任務執(zhí)行完成后，安排后續(xù)要執(zhí)行的工作。示例代碼：
private void Button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
var backgroundScheduler = TaskScheduler.Default;
var uiScheduler = TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext();
Task.Factory
.StartNew(_ => DoBackgroundComputation(), backgroundScheduler)
.ContinueWith(_ => UpdateUI(), uiScheduler)
.ContinueWith(_ => DoAnotherBackgroundComputation(), backgroundScheduler)
.ContinueWith(_ => UpdateUIAgain(), uiScheduler);
}
如上，可以一直鏈式的寫下去，任務會按照順序執(zhí)行，一個執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行下一個。若其中一個任務返回的狀態(tài)是 Canceled 時，后續(xù)的任務也將被取消。這個方法有好些個重載，在實際用到的時候再查看文檔即可。
6 總結
本文內(nèi)容都是相對比較基礎的 TAP 異步操作知識點。C# 的 TAP 很強大，提供的 API 也很多，遠不止本文講的這些，都是圍繞 Task 轉(zhuǎn)的。關鍵是要理解好基礎操作，才能靈活使用更高級的功能。希望本文對你有所幫助。
以上就是c# 幾個常見的TAP異步操作的詳細內(nèi)容，更多關于c# TAP異步操作的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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