c#中task與thread的區別及使用講解

2022-06-09 14:03:12

一.什麼是thread

當我們提及多執行緒的時候會想到thread和threadpool，這都是非同步操作，threadpool其實就是thread的集合，具有很多優勢，不過在任務多的時候全域性佇列會存在競爭而消耗資源。

thread預設為前臺執行緒，主程式必須等執行緒跑完才會關閉，而threadpool相反。

總結：threadpool確實比thread效能優，但是兩者都沒有很好的api區控制，如果執行緒執行無響應就只能等待結束，從而誕生了task任務。

二.什麼是task

task簡單地看就是任務，那和thread有什麼區別呢？

Task的背後的實現也是使用了執行緒池執行緒，但它的效能優於ThreadPoll,因為它使用的不是執行緒池的全域性佇列，而是使用的本地佇列，使執行緒之間的資源競爭減少。

同時Task提供了豐富的API來管理執行緒、控制。

但是相對前面的兩種耗記憶體，Task依賴於CPU對於多核的CPU效能遠超前兩者，單核的CPU三者的效能沒什麼差別。

三.建立一個task任務有兩種模式

1.使用factory建立會直接執行

使用new建立不會執行，必須等到start啟動之後才執行。

public void test()
        {
            var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
            });
            testTask.Start();
            var factoryTeak = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                Console.WriteLine("factory task start");
            });
        }

2.我們來看看task的生命週期

var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            testTask.Start();
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            Console.WriteLine(testTask.Status);         
            testTask.Wait();
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            Console.WriteLine(testTask.Status);

輸出結果：

Created
task start
Running
Running
RanToCompletion
RanToCompletion

可以看出task確實是非同步執行，並且wait很好地控制了task。

3.下面演示幾個控制task的方法

     var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            testTask.Start();
            testTask.Wait();

var testTask = new Task(() =>
            {
               Console.WriteLine("task start");
               System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            testTask.Start();
var factoryTeak = Task.Factory.StartNew(() =>
               {                 
                  Console.WriteLine("factory task start");
               });
              Task.WaitAll(testTask, factoryTeak);
              Console.WriteLine("end");

 var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            testTask.Start();
 var factoryTeak = Task.Factory.StartNew(() =>
               {                  
                  Console.WriteLine("factory task start");
                });
                Task.WaitAny(testTask, factoryTeak);
                Console.WriteLine("end");

通過wait()對單個task進行等待，Task.waitall()對多個task進行等待，waitany()執行任意一個task就往下繼續執行。

4.task的回撥執行

  var testTask = new Task(() =>
            {
                Console.WriteLine("task start");
                System.Threading.Thread.Sleep(2000);
            });
            testTask.Start();
            var resultTest = testTask.ContinueWith<string>((Task) => {
                Console.WriteLine("testTask end");
                return "end";
            });
            Console.WriteLine(resultTest.Result);

5.task的取消

首先建立一個取消task的令牌的範例，在不啟動task直接取消：

var tokenSource = new CancellationTokenSource();//建立取消task範例
            var testTask = new Task(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 6; i++) {
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }               
            },tokenSource.Token);
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            tokenSource.Token.Register(()=> {
                Console.WriteLine("task is to cancel");
            });
            tokenSource.Cancel();
            Console.WriteLine(testTask.Status);

輸出結果：

Created
task is to cancel
Canceled

如果task啟動了真的取消了task？

  var tokenSource = new CancellationTokenSource();//建立取消task範例
            var testTask = new Task(() =>
            {
                for (int i = 0; i <6; i++) {
                    System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                }               
            },tokenSource.Token);
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            testTask.Start();
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            tokenSource.Token.Register(()=> {
                Console.WriteLine("task is to cancel");
            });
            tokenSource.Cancel();
            Console.WriteLine(testTask.Status);
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                System.Threading.Thread.Sleep(1000);
                Console.WriteLine(testTask.Status);
            }

輸出結果：

Created
WaitingToRun
task is to cancel
Running
Running
Running
Running
Running
Running
RanToCompletion
RanToCompletion
RanToCompletion
RanToCompletion
RanToCompletion

可以看出其實並沒有取消task，此時task還在繼續跑。

6.task的巢狀

  var parentTask = new Task(()=> {
                var childTask = new Task(() =>{
                    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine("childTask to start");
                });
                childTask.Start();
                Console.WriteLine("parentTask to start");
            });
            parentTask.Start();
            parentTask.Wait();
            Console.WriteLine("end");

此時為普通關聯，父task和子task沒影響

  var parentTask = new Task(()=> {
                var childTask = new Task(() =>{
                    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine("childTask to start");
                }, TaskCreationOptions.AttachedToParent);
                childTask.Start();
                Console.WriteLine("parentTask to start");
            } );
            parentTask.Start();
            parentTask.Wait();
            Console.WriteLine("end");

此時為父task和子task關聯，wait會一直等待父子task執行完。

6.task死鎖的問題

我們可以設定最大等待時間，如果超過了等待時間，就不再等待，下面我們來修改程式碼，設定最大等待時間為5秒(專案中可以根據實際情況設定)，如果超過5秒就輸出哪個任務出錯了

7.對Spinlock的使用

舉例來說Parallel.for和Parallel.foreach是執行緒不安全的，有可能達不到你的預期，此時就需要加鎖來解決此問題，我們可以加lock和spinlock(自旋鎖)來解決

            SpinLock slock = new SpinLock(false);
            var testLock= new object();
            long sum1 = 0;
            long sum2 = 0;
            long sum3 = 0;
            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                sum1 += i;
            });
 
            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                bool lockTaken = false;
                try
                {
                    slock.Enter(ref lockTaken);
                    sum2 += i;
                }
                finally
                {
                    if (lockTaken)
                        slock.Exit(false);
                }
            });
            Parallel.For(0, 100000, i =>
            {
                lock(testLock)
                {
                    sum3 += i;
                };
            });
            Console.WriteLine("Num1的值為:{0}", sum1);
            Console.WriteLine("Num2的值為:{0}", sum2);
            Console.WriteLine("Num3的值為:{0}", sum3);

輸出結果：

Num1的值為:1660913202
Num2的值為:4999950000
Num3的值為:4999950000

Num1的值為:2754493646
Num2的值為:4999950000
Num3的值為:4999950000

Num1的值為:4999950000
Num2的值為:4999950000
Num3的值為:4999950000

最後看看threadpoll和task的結構圖：

threadpool：