async 和 await 出現在C# 5.0之後,給并行程式設計帶來了不少的友善,特别是當在MVC中的Action也變成async之後,有點開始什麼都是async的味道了。但是這也給我們程式設計埋下了一些隐患,有時候可能會産生一些我們自己都不知道怎麼産生的Bug,特别是如果連線程基礎沒有了解的情況下,更不知道如何去處理了。那今天我們就來好好看看這兩兄弟和他們的叔叔(Task)爺爺(Thread)們到底有什麼差別和特點,本文将會對Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await,這三種方式下的并行程式設計作一個概括性的介紹包括:開啟線程,線程結果傳回,線程中止,線程中的異常處理等。
<a href="#creation">建立線程</a>
<a href="#threadpool">線程池</a>
<a href="#parameters">參數</a>
<a href="#returnvalue">傳回值</a>
<a href="#datasharing">共享資料</a>
<a href="#threadsafety">線程安全</a>
<a href="#locking">鎖</a>
<a href="#semaphore">Semaphore</a>
<a href="#exceptionhandling">異常處理</a>
<a href="#awaitsample">一個小例子認識async & await</a>
<a href="#realawait">await的原形</a>
這裡面需要注意的是,建立Thread的執行個體之後,需要手動調用它的Start方法将其啟動。但是對于Task來說,StartNew和Run的同時,既會建立新的線程,并且會立即啟動它。
線程的建立是比較占用資源的一件事情,.NET 為我們提供了線程池來幫助我們建立和管理線程。Task是預設會直接使用線程池,但是Thread不會。如果我們不使用Task,又想用線程池的話,可以使用ThreadPool類。

Thead是不能傳回值的,但是作為更進階的Task當然要彌補一下這個功能。
上面說了參數和傳回值,我們來看一下線程之間共享資料的問題。
線程之間可以通過static變量來共享資料。
我們先把上面的代碼小小的調整一下,就知道什麼是線程安全了。我們把Done方法中的兩句話對換了一下位置 。
上面這種情況不會一直發生,但是如果你運氣好的話,就會中獎了。因為第一個線程還沒有來得及把_isDone設定成true,第二個線程就進來了,而這不是我們想要的結果,在多個線程下,結果不是我們的預期結果,這就是線程不安全。
要解決上面遇到的問題,我們就要用到鎖。鎖的類型有獨占鎖,互斥鎖,以及讀寫鎖等,我們這裡就簡單示範一下獨占鎖。
再我們加上鎖之後,被鎖住的代碼在同一個時間内隻允許一個線程通路,其它的線程會被阻塞,隻有等到這個鎖被釋放之後其它的線程才能執行被鎖住的代碼。
我實在不知道這個單詞應該怎麼翻譯,從官方的解釋來看,我們可以這樣了解。它可以控制對某一段代碼或者對某個資源通路的線程的數量,超過這個數量之後,其它的線程就得等待,隻有等現在有線程釋放了之後,下面的線程才能通路。這個跟鎖有相似的功能,隻不過不是獨占的,它允許一定數量的線程同時通路。
在最開始的時候,前3個排隊之後就立即進入執行,但是4和5,隻有等到有線程退出之後才可以執行。
其它線程的異常,主線程可以捕獲到麼?
那麼更新了的Task呢?
await後的的執行順序
感謝 locus的指正, await 之後不會開啟新的線程(await 從來不會開啟新的線程),是以上面的圖是有一點問題的。
await 不會開啟新的線程,目前線程會一直往下走直到遇到真正的Async方法(比如說HttpClient.GetStringAsync),這個方法的内部會用Task.Run或者Task.Factory.StartNew 去開啟線程。也就是如果方法不是.NET為我們提供的Async方法,我們需要自己建立Task,才會真正的去建立線程。
我們再來看一下那張圖:
進入主線程開始執行
調用async方法,傳回一個Task,注意這個時候另外一個線程已經開始運作,也就是GetName裡面的 Task 已經開始工作了
主線程繼續往下走
第3步和第4步是同時進行的,主線程并沒有挂起等待
如果另一個線程已經執行完畢,name.IsCompleted=true,主線程仍然不用挂起,直接拿結果就可以了。如果另一個線程還同有執行完畢, name.IsCompleted=false,那麼主線程會挂起等待,直到傳回結果為止。
隻有async方法在調用前才能加await麼?
答案很明顯:await并不是針對于async的方法,而是針對async方法所傳回給我們的Task,這也是為什麼所有的async方法都必須傳回給我們Task。是以我們同樣可以在Task前面也加上await關鍵字,這樣做實際上是告訴編譯器我需要等這個Task的傳回值或者等這個Task執行完畢之後才能繼續往下走。
不用await關鍵字,如何确認Task執行完畢了?
Task.GetAwaiter()和await Task 的差別?
加上await關鍵字之後,後面的代碼會被挂起等待,直到task執行完畢有傳回值的時候才會繼續向下執行,這一段時間主線程會處于挂起狀态。
GetAwaiter方法會傳回一個awaitable的對象(繼承了INotifyCompletion.OnCompleted方法)我們隻是傳遞了一個委托進去,等task完成了就會執行這個委托,但是并不會影響主線程,下面的代碼會立即執行。這也是為什麼我們結果裡面第一句話會是 “主線程執行完畢”!
Task如何讓主線程挂起等待?
上面的右邊是屬于沒有挂起主線程的情況,和我們的await仍然有一點差别,那麼在擷取Task的結果前如何挂起主線程呢?
Task.GetAwait()方法會給我們傳回一個awaitable的對象,通過調用這個對象的GetResult方法就會挂起主線程,當然也不是所有的情況都會挂起。還記得我們Task的特性麼? 在一開始的時候就啟動了另一個線程去執行這個Task,當我們調用它的結果的時候如果這個Task已經執行完畢,主線程是不用等待可以直接拿其結果的,如果沒有執行完畢那主線程就得挂起等待了。
await 實質是在調用awaitable對象的GetResult方法
到此為止,await就真相大白了,歡迎點評。Enjoy Coding! :)