async 和 await 出現在C# 5.0之後，給並行編程帶來了不少的方便，特別是當在MVC中的Action也變成async之後，有點開始什麼都是async的味道了。但是這也給我們編程埋下了一些隱患，有時候可能會產生一些我們自己都不知道怎麼產生的Bug，特別是如果連線程基礎沒有理解的情況下，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)們到底有什麼區別和特點，本文將會對Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await，這三種方式下的並行編程作一個概括性的介紹包括：開啟線程，線程結果返回，線程中止，線程中的異常處理等。
static void Main(){
new Thread(Go).Start(); // .NET 1.0開始就有的
Task.Factory.StartNew(Go); // .NET 4.0 引入了 TPL
Task.Run(new Action(Go)); // .NET 4.5 新增了一個Run的方法
}
public static void Go(){
Console.WriteLine("我是另一個線程");
}
這裡面需要注意的是，創建Thread的實例之後，需要手動調用它的Start方法將其啟動。但是對於Task來說，StartNew和Run的同時，既會創建新的線程，並且會立即啟動它。
線程的創建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創建和管理線程。Task是默認會直接使用線程池，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。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10static void Main() {
Console.WriteLine("我是主線程：Thread Id {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(Go);
Console.ReadLine();
}
public static void Go(object data) {
Console.WriteLine("我是另一個線程:Thread Id {0}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
static void Main() {
new Thread(Go).Start("arg1"); // 沒有匿名委托之前，我們只能這樣傳入一個object的參數
new Thread(delegate(){ // 有了匿名委托之後...
GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
});
new Thread(() => { // 當然,還有 Lambada
GoGoGo("arg1","arg2","arg3");
}).Start();
Task.Run(() =>{ // Task能這麼靈活，也是因為有了Lambda呀。
GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");
});
}
public static void Go(object name){
// TODO
}
public static void GoGoGo(string arg1, string arg2, string arg3){
// TODO
}
Thead是不能返回值的，但是作為更高級的Task當然要彌補一下這個功能。
1 2 3 4 5static void Main() {
// GetDayOfThisWeek 運行在另外一個線程中
var dayName = Task.Run<string>(() => { return GetDayOfThisWeek(); });
Console.WriteLine("今天是：{0}",dayName.Result);
}
上面說了參數和返回值，我們來看一下線程之間共享數據的問題。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12private static bool _isDone = false;
static void Main(){
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
}
static void Done(){
if (!_isDone) {
_isDone = true; // 第二個線程來的時候，就不會再執行了(也不是絕對的，取決於計算機的CPU數量以及當時的運行情況)
Console.WriteLine("Done");
}
}
線程之間可以通過static變量來共享數據。
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 。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13private static bool _isDone = false;
static void Main(){
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static void Done(){
if (!_isDone) {
Console.WriteLine("Done"); // 猜猜這裡面會被執行幾次？
_isDone = true;
}
}
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設置成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，我們這裡就簡單演示一下獨占鎖。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16private static bool _isDone = false;
private static object _lock = new object();
static void Main(){
new Thread(Done).Start();
new Thread(Done).Start();
Console.ReadLine();
}
static void Done(){
lock (_lock){
if (!_isDone){
Console.WriteLine("Done"); // 猜猜這裡面會被執行幾次？
_isDone = true;
}
}
}
再我們加上鎖之後，被鎖住的代碼在同一個時間內只允許一個線程訪問，其它的線程會被阻塞，只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，我們可以這樣理解。它可以控制對某一段代碼或者對某個資源訪問的線程的數量，超過這個數量之後，其它的線程就得等待，只有等現在有線程釋放了之後，下面的線程才能訪問。這個跟鎖有相似的功能，只不過不是獨占的，它允許一定數量的線程同時訪問。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14static SemaphoreSlim _sem = new SemaphoreSlim(3); // 我們限制能同時訪問的線程數量是3
static void Main(){
for (int i = 1; i <= 5; i++) new Thread(Enter).Start(i);
Console.ReadLine();
}
static void Enter(object id){
Console.WriteLine(id + " 開始排隊...");
_sem.Wait();
Console.WriteLine(id + " 開始執行！");
Thread.Sleep(1000 * (int)id);
Console.WriteLine(id + " 執行完畢，離開！");
_sem.Release();
}
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，只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？
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10public static void Main(){
try{
new Thread(Go).Start();
}
catch (Exception ex){
// 其它線程裡面的異常，我們這裡面是捕獲不到的。
Console.WriteLine("Exception!");
}
}
static void Go() { throw null; }
那麼升級了的Task呢？
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16public static void Main(){
try{
var task = Task.Run(() => { Go(); });
task.Wait(); // 在調用了這句話之後，主線程才能捕獲task裡面的異常
// 對於有返回值的Task, 我們接收了它的返回值就不需要再調用Wait方法了
// GetName 裡面的異常我們也可以捕獲到
var task2 = Task.Run(() => { return GetName(); });
var name = task2.Result;
}
catch (Exception ex){
Console.WriteLine("Exception!");
}
}
static void Go() { throw null; }
static string GetName() { throw null; }
static void Main(string[] args){
Test(); // 這個方法其實是多余的, 本來可以直接寫下面的方法
// await GetName()
// 但是由於控制台的入口方法不支持async,所有我們在入口方法裡面不能 用 await
Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}
static async Task Test(){
// 方法打上async關鍵字，就可以用await調用同樣打上async的方法
// await 後面的方法將在另外一個線程中執行
await GetName();
}
static async Task GetName(){
// Delay 方法來自於.net 4.5
await Task.Delay(1000); // 返回值前面加 async 之後，方法裡面就可以用await了
Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.WriteLine("In antoher thread.....");
}
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)，所以上面的圖是有一點問題的。
await 不會開啟新的線程，當前線程會一直往下走直到遇到真正的Async方法（比如說HttpClient.GetStringAsync），這個方法的內部會用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，我們需要自己創建Task，才會真正的去創建線程。
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{
Console.WriteLine("Main Thread Id: {0}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Test();
Console.ReadLine();
}
static async Task Test()
{
Console.WriteLine("Before calling GetName, Thread Id: {0}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
var name = GetName(); //我們這裡沒有用 await,所以下面的代碼可以繼續執行
// 但是如果上面是 await GetName()，下面的代碼就不會立即執行，輸出結果就不一樣了。
Console.WriteLine("End calling GetName.\r\n");
Console.WriteLine("Get result from GetName: {0}", await name);
}
static async Task<string> GetName()
{
// 這裡還是主線程
Console.WriteLine("Before calling Task.Run, current thread Id is: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return await Task.Run(() =>
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("'GetName' Thread Id: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
return "Jesse";
});
}
我們再來看一下那張圖：
只有async方法在調用前才能加await麼？
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13static void Main(){
Test();
Console.ReadLine();
}
static async void Test(){
Task<string> task = Task.Run(() =>{
Thread.Sleep(5000);
return "Hello World";
});
string str = await task; //5 秒之後才會執行這裡
Console.WriteLine(str);
}
答案很明顯：await並不是針對於async的方法，而是針對async方法所返回給我們的Task，這也是為什麼所有的async方法都必須返回給我們Task。所以我們同樣可以在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的返回值或者等這個Task執行完畢之後才能繼續往下走。
不用await關鍵字，如何確認Task執行完畢了？
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20static void Main(){
var task = Task.Run(() =>{
return GetName();
});
task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{
// 2 秒之後才會執行這裡
var name = task.Result;
Console.WriteLine("My name is: " + name);
});
Console.WriteLine("主線程執行完畢");
Console.ReadLine();
}
static string GetName(){
Console.WriteLine("另外一個線程在獲取名稱");
Thread.Sleep(2000);
return "Jesse";
}
Task.GetAwaiter()和await Task 的區別？
Task如何讓主線程掛起等待？
上面的右邊是屬於沒有掛起主線程的情況，和我們的await仍然有一點差別，那麼在獲取Task的結果前如何掛起主線程呢？
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17static void Main(){
var task = Task.Run(() =>{
return GetName();
});
var name = task.GetAwaiter().GetResult();
Console.WriteLine("My name is:{0}",name);
Console.WriteLine("主線程執行完畢");
Console.ReadLine();
}
static string GetName(){
Console.WriteLine("另外一個線程在獲取名稱");
Thread.Sleep(2000);
return "Jesse";
}
Task.GetAwait()方法會給我們返回一個awaitable的對象，通過調用這個對象的GetResult方法就會掛起主線程，當然也不是所有的情況都會掛起。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掛起等待了。
await 實質是在調用awaitable對象的GetResult方法
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13static async Task Test(){
Task<string> task = Task.Run(() =>{
Console.WriteLine("另一個線程在運行！"); // 這句話只會被執行一次
Thread.Sleep(2000);
return "Hello World";
});
// 這裡主線程會掛起等待，直到task執行完畢我們拿到返回結果
var result = task.GetAwaiter().GetResult();
// 這裡不會掛起等待，因為task已經執行完了，我們可以直接拿到結果
var result2 = await task;
Console.WriteLine(str);
}
到此為止，await就真相大白了。
原文出處： 騰飛（Jesse)
