线程阶段性总结——APM，ThreadPool，Task，TaskScheduler ，CancellationTokenSource

2012-08-18 16:39 xiashengwang 阅读(2460) 评论(4) 编辑收藏举报

不管我们使用thread，threadPool，task，还是APM异步，本质都是在使用多线程。对于新手来说，不太敢用多线程的原因，就我个人的体验来说，就是对多线程的异常捕获方式或时机缺乏了解，而一旦出现异常没有捕获，将会带来难以发现的bug，进而造成系统崩溃。而多线程本身也不是一朝一夕就能学好的，必须不断的去学习总结，所以我个人认为你要用一种线程模型，首先要对它有足够的了解，特别是对异常的捕获。如果你没有完全的把握，最好在实际开发中谨慎的用多线程。

1，APM异步编程模型。

采用BeginXXX和EndXXX方法。关于异常的捕捉，对于刚调用BeginXXX抛出的异常，异步操作可能还没有进入队列。这种异常一般可以忽略。对于进入异步操作时发生的异常，会将错误码放入IAsyncResult对象中，在我们调用EndXXX方法时，会将这个错误码转换成一个恰当的Exception再次抛出。所以对于APM编程模型来说，我们只用对EndXXX方法进行异常捕捉。伪代码：

Try
 {
   Result = someObj.EndXXX(IAsyncResult);
}
Catch(xxxException e)
{
 //异常处理
}

注意事项：

1）对于EndXXX方法的调用是必须的，否则可能会造成资源的泄漏，即使你可能不关心异步调用的返回结果，也要记住调用这个方法。

2）只能调用一次EndXXX方法。

3）调用EndXXX方法总是使用和BeginXXX时相同的对象。这里辨别的是引用，引用不同就被视为不同的对象。对于Delegate要补充一点，即使是相同签名的委托，它们被编译器编译成具体的类，这些类的类名是不一样的。

4）不能取消异步I/O限制的异步操作。不要迷信这句话，他说的是I/O操作，是指的一个请求动作，如果我们的是多次请求，比如异步分块上传文件，是可以做取消功能的。

5） FCL中有许多的I/O操作类都实现了APM。如派生自System.IO.Stream的类，Socket，Dns，WebRequest，还有SqlCommand等等。它们都提供了BeginXXX和EndXXX方法。

6）可以用APM来执行任何方法，我们只需要定义一个与方法签名一致的delegate，delegate编译后会生成一个BeginInvoke和EndInvoke方法来支持APM操作。

2，Thread & ThreadPool

Thread和ThreadPool发起异步的缺点：

1)没有内建的机制知道任务何时完成。

2）没法得到任务的返回值。

Thread的开销太大，尽量用ThreadPool，除非你要显示指定你的thread为前台线程或要对线程设置优先级，否则就不要用thread。

注意：线程池是由所有的AppDomain共享的。一个CLR维持一个线程池。

3，Task

Task的引入，解决了上面的两个问题。

1）Task可通过Wait()方法来等待任务的完成。这个方法是阻塞的。

2）通过Task.Result可以得到返回结果。在Result内部调用了Wait方法，所以查询这个属性是阻塞的。

3）对于任务函数的未处理异常，会被包装成AggregateException异常抛出。可捕捉Wait()方法和Result属性。通过AggregateException的InnerExceptions可以进一步查询具体的异常。

4）Task的静态方法WaitAny和WaitAll可以等待多个任务返回。同样可以捕捉这两个方法的异常。

5）对于没有调用Wait，Result，Exception来查询未处理异常的情况，例如：只调用了Task.Start方法。Task对象被回收时，Finalize方法会再次抛出这个异常终止进程。可以向TaskScheduler.UnobservedTaskException事件注册一个方法，来处理这类异常。通过UnobservedTaskExceptionEventArgs的SetObserved方法，可以忽略掉这个异常，使进程不会终止。

6）构造Task时，可以传递CancellationToken对象，以支持取消。如果是任务函数，通过调用CancellationToken.ThrowIfCancellationRequested 抛出的异常，类型是OperationCanceledException。如果任务函数没有传递CancellationToken对象，那么抛出的异常是TaskCanceledException,相当于任务级别的取消。

7) Task的ContinueWith方法可以在第一个任务完成时开启第二个任务。这个功能很强大，ContinueWith方法并不阻塞调用线程，它是异步的。我们可以在ContinueWith中写一个事件回调方法，它可以起到事件完成通知的作用。但它只能收到任务完成的通知，要实现任务进度的更新通知，到目前为止，task依然做不到。

            Task<int> t = new Task<int>(() => Sum(100));

            t.Start();
            t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("result:" + task.Result), TaskContinuationOptions.OnlyOnRanToCompletion);
            t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("canceled"), TaskContinuationOptions.OnlyOnCanceled);
            t.ContinueWith(task => Console.WriteLine("failed"), TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);

对于上面的这一窜代码，如果有未处理异常，同样会造成进程终止。你同样可以用TaskScheduler.UnobservedTaskException事件注册一个方法来处理。

8）Task可以指定子任务，子任务没有完成，父任务的ContinueTask也不会执行。关于异常和上面的处理方法一样。因为这个也是不阻塞的，未处理异常暂时也只能在TaskScheduler.UnobservedTaskException里处理。

           Task<Int32[]> parent = new Task<int[]>(() =>
                {
                    Int32[] result = new Int32[3];
                    new Task<Int32>(() => result[0] = Sum(100), TaskCreationOptions.AttachedToParent).Start();
                    new Task<Int32>(() => result[1] = Sum(200), TaskCreationOptions.AttachedToParent).Start();
                    new Task<Int32>(() => result[2] = Sum(300), TaskCreationOptions.AttachedToParent).Start();

                    return result;
                });

            parent.ContinueWith(parentTask => Array.ForEach(parentTask.Result, num => Console.WriteLine(num)));

            parent.Start();

9）TaskFactroy可以简化一组相似Task的创建工作。

Task parent = new Task(() =>
                {
                    CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

                    TaskFactory<Int32> tf = new TaskFactory<Int32>(cts.Token, TaskCreationOptions.AttachedToParent,
                        TaskContinuationOptions.ExecuteSynchronously, TaskScheduler.Default);

                    //create three child task
                    var childTasks = new[]{
                    tf.StartNew(()=>Sum(cts.Token,100)),
                    tf.StartNew(()=>Sum(cts.Token,200)),
                    tf.StartNew(()=>Sum(cts.Token,Int32.MaxValue))
                    };

                    //when one failed,cancel the other
                    for (int i = 0; i < childTasks.Length; i++)
                    {
                        childTasks[i].ContinueWith(task => cts.Cancel(), TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);
                    }

                    //display the maxvalue
                    tf.ContinueWhenAll(
                        childTasks, completeTasks => completeTasks.Where(
                            task => !task.IsCanceled && !task.IsFaulted).Max(t => t.Result),
                            CancellationToken.None).ContinueWith(task => Console.WriteLine("the max is:" + task.Result));

                });

            //show exception
            parent.ContinueWith(p =>
            {
                StringBuilder sb = new StringBuilder();
                sb.AppendLine("error occours:");
                foreach (var e in p.Exception.Flatten().InnerExceptions)
                {
                    sb.AppendLine(e.Message);
                }
                Console.WriteLine(sb.ToString());
            }, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);

            parent.Start();

4，对于协作取消要用CancellationTokenSource类。

1）CancellationTokenSource.Token方法返回CancellationToken，可以将CancellationToken传入我们的工作方法，并查询CancellationToken.IsCancellationRequested属性来获得操作是否已取消。取消的情况下，可以结束工作方法。

2）一般在主线程调用取消方法。CancellationToeknSource.Cancel。

3）取消时可以加入回调方法，通过CancellationToken.Register方法注册。对于回调方法抛出的异常，可以捕捉Cancel方法，异常会被包装到AggregateException异常中，查询InnerExceptions可的异常的详细信息。

4）CancellationTokenSource的静态方法CreateLinkedTokenSource可以创建一个关联的CreateLinkedTokenSource对象。任意其中的一个CreateLinkedTokenSource被取消，这个关联的CreateLinkedTokenSource就会被取消。

5，任务调度器。

分为线程池任务调度器（thread pool task scheduler）和同步上下文任务调度器（synchroliazation context task scheduler）。其中同步上下文任务调度器能将所有的任务调度给UI线程，这对于更新界面的异步操作相当有用！默认的调度器是线程池任务调度器。

非UI线程更新UI界面会报错，可以用下面的方法，指定同步上下文任务调度器：

        TaskScheduler syncSch = TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext();

            Task<int> t = new Task<int>(() => Sum(100));

            //update UI with Synchronizationcontext
            t.ContinueWith(task => Text = task.Result.ToString(), syncSch);

            t.Start();

6，非UI线程更新UI界面的方式总结

详见我的另一篇文章：

http://www.cnblogs.com/xiashengwang/archive/2012/08/18/2645541.html

7，Parallel

这个类提供了For，Foreach，Invoke静态方法。它内部封装了Task类。主要用于并行计算。

        private void ParallelTest2()
        {
            for (int i = 1; i < 5; i++)
            {
                Console.WriteLine(DoWork(i));
            }
            //和上面的代码等价，但是是多线程并行执行的，注意这里的结束index不包含5
            var plr = Parallel.For(1, 5, i => Console.WriteLine(DoWork(i)));
        }

        private int DoWork(int num)
        {
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i <= num; i++)
            {
                sum += i;
            }
            return sum;
        }

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