C#中System.Threading.Tasks庫的使用

更新時間：2025年06月29日 08:36:35 作者：CoderIsArt

System.Threading.Tasks是.NET的TAP核心,提供異步編程模型,本文主要介紹了C#中System.Threading.Tasks庫的使用,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的可以了解一下

設(shè)計(jì)原理

1. 核心目標(biāo)

抽象并發(fā)工作：將并發(fā)操作抽象為"任務(wù)"概念
資源高效利用：自動管理線程池資源
組合性：支持任務(wù)鏈?zhǔn)讲僮骱徒M合
取消支持：內(nèi)置取消操作機(jī)制
狀態(tài)跟蹤：提供任務(wù)生命周期管理

2. 關(guān)鍵組件

Task/Task<T>：表示異步操作的核心類
TaskScheduler：控制任務(wù)如何、何時被執(zhí)行
TaskFactory：提供創(chuàng)建和啟動任務(wù)的便捷方法
CancellationToken：任務(wù)取消機(jī)制
TaskCompletionSource：手動控制任務(wù)生命周期

3. 架構(gòu)層次

用戶層：開發(fā)者直接使用的Task API
調(diào)度層：TaskScheduler管理任務(wù)執(zhí)行
線程池層：實(shí)際執(zhí)行工作的底層線程池

典型用法示例

示例1：基礎(chǔ)異步任務(wù)

// 創(chuàng)建并運(yùn)行簡單任務(wù)
Task.Run(() => 
{
    Console.WriteLine("任務(wù)在后臺線程執(zhí)行");
    Thread.Sleep(1000); // 模擬工作
    Console.WriteLine("任務(wù)完成");
});

// 帶返回值的任務(wù)
Task<int> calculateTask = Task.Run(() => 
{
    Thread.Sleep(500);
    return 42; // 計(jì)算結(jié)果
});

// 等待任務(wù)完成并獲取結(jié)果
int result = await calculateTask;
Console.WriteLine($"計(jì)算結(jié)果: {result}");

應(yīng)用場景：CPU密集型后臺計(jì)算，不阻塞UI線程。

示例2：任務(wù)組合與延續(xù)

// 創(chuàng)建三個任務(wù)
Task<string> task1 = Task.Run(() => "Hello");
Task<string> task2 = Task.Run(() => "World");
Task<int> task3 = Task.Run(() => 2023);

// 等待所有任務(wù)完成
await Task.WhenAll(task1, task2, task3);

// 使用結(jié)果組合輸出
Console.WriteLine($"{task1.Result} {task2.Result} {task3.Result}");

// 任務(wù)延續(xù)
Task continuation = task1.ContinueWith(t => 
{
    Console.WriteLine($"前一個任務(wù)的結(jié)果: {t.Result}");
}, TaskContinuationOptions.OnlyOnRanToCompletion);

應(yīng)用場景：并行執(zhí)行多個獨(dú)立操作，然后合并結(jié)果或執(zhí)行后續(xù)操作。

示例3：高級任務(wù)控制

// 使用TaskCompletionSource手動控制任務(wù)
var tcs = new TaskCompletionSource<string>();

// 模擬異步回調(diào)
Timer timer = new Timer(_ => 
{
    try
    {
        // 模擬工作
        string result = DateTime.Now.ToString();
        tcs.SetResult(result); // 手動完成任務(wù)
    }
    catch (Exception ex)
    {
        tcs.SetException(ex); // 手動設(shè)置異常
    }
}, null, 1000, Timeout.Infinite);

// 等待任務(wù)完成
try
{
    string timeString = await tcs.Task;
    Console.WriteLine($"當(dāng)前時間: {timeString}");
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"任務(wù)失敗: {ex.Message}");
}

應(yīng)用場景：將基于回調(diào)的異步API轉(zhuǎn)換為基于任務(wù)的異步模式(TAP)。

示例4：取消任務(wù)

var cts = new CancellationTokenSource();
CancellationToken token = cts.Token;

// 創(chuàng)建可取消的任務(wù)
Task longRunningTask = Task.Run(() => 
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        token.ThrowIfCancellationRequested(); // 檢查取消請求
        Thread.Sleep(100); // 模擬工作
        Console.WriteLine($"進(jìn)度: {i}%");
    }
}, token);

// 3秒后取消任務(wù)
cts.CancelAfter(3000);

try
{
    await longRunningTask;
}
catch (OperationCanceledException)
{
    Console.WriteLine("任務(wù)被取消");
}

應(yīng)用場景：長時間運(yùn)行的操作需要提供取消功能。

核心概念深入

1. 任務(wù)狀態(tài)機(jī)

任務(wù)有以下幾種狀態(tài)：

Created：已創(chuàng)建但未調(diào)度
WaitingForActivation：等待激活
WaitingToRun：已調(diào)度但未開始執(zhí)行
Running：正在執(zhí)行
WaitingForChildrenToComplete：等待子任務(wù)完成
RanToCompletion：成功完成
Canceled：被取消
Faulted：因異常失敗

2. 任務(wù)調(diào)度策略

線程池調(diào)度器：默認(rèn)調(diào)度器，使用線程池線程
同步上下文調(diào)度器：在特定同步上下文(如UI線程)執(zhí)行
自定義調(diào)度器：可繼承TaskScheduler實(shí)現(xiàn)特殊調(diào)度邏輯

3. 異常處理

任務(wù)中的異常會被捕獲并存儲在 Task.Exception 屬性中，當(dāng)?shù)却蝿?wù)或訪問Result屬性時，這些異常會被重新拋出。

Task faultyTask = Task.Run(() => throw new InvalidOperationException("出錯了"));

try
{
    await faultyTask;
}
catch (InvalidOperationException ex)
{
    Console.WriteLine($"捕獲到異常: {ex.Message}");
}