async 和 await 出現(xiàn)在C# 5.0之后，給并行編程帶來(lái)了不少的方便，特別是當(dāng)在MVC中的Action也變成async之后，有點(diǎn)開(kāi)始什么都是async的味道了。但是這也給我們編程埋下了一些隱患，有時(shí)候可能會(huì)產(chǎn)生一些我們自己都不知道怎么產(chǎn)生的Bug，特別是如果連線程基礎(chǔ)沒(méi)有理解的情況下，更不知道如何去處理了。那今天我們就來(lái)好好看看這兩兄弟和他們的叔叔（Task）爺爺(Thread)們到底有什么區(qū)別和特點(diǎn)，本文將會(huì)對(duì)Thread 到 Task 再到 .NET 4.5的 async和 await，這三種方式下的并行編程作一個(gè)概括性的介紹包括：開(kāi)啟線程，線程結(jié)果返回，線程中止，線程中的異常處理等。

創(chuàng)建

static void Main(){  
    new Thread(Go).Start();  // .NET 1.0開(kāi)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(gè)Run的方法  
}  
 
public static void Go(){  
    Console.WriteLine("我是另一個(gè)線程");  
} 

這里面需要注意的是，創(chuàng)建Thread的實(shí)例之后，需要手動(dòng)調(diào)用它的Start方法將其啟動(dòng)。但是對(duì)于Task來(lái)說(shuō)，StartNew和Run的同時(shí)，既會(huì)創(chuàng)建新的線程，并且會(huì)立即啟動(dòng)它。

線程池 

線程的創(chuàng)建是比較占用資源的一件事情，.NET 為我們提供了線程池來(lái)幫助我們創(chuàng)建和管理線程。Task是默認(rèn)會(huì)直接使用線程池，但是Thread不會(huì)。如果我們不使用Task，又想用線程池的話，可以使用ThreadPool類。

static 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(gè)線程:Thread Id {0}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);  
} 

傳入?yún)?shù)

static void Main() {  
    new Thread(Go).Start("arg1"); // 沒(méi)有匿名委托之前，我們只能這樣傳入一個(gè)object的參數(shù)  
   
    new Thread(delegate(){  // 有了匿名委托之后...  
        GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");  
    });  
   
    new Thread(() => {  // 當(dāng)然,還有 Lambada  
        GoGoGo("arg1","arg2","arg3");  
    }).Start();  
   
    Task.Run(() =>{  // Task能這么靈活，也是因?yàn)橛辛薒ambda呀。  
        GoGoGo("arg1", "arg2", "arg3");  
    });  
}  
   
public static void Go(object name){  
    // TODO  
}  
   
public static void GoGoGo(string arg1, string arg2, string arg3){  
    // TODO  
} 

返回值

Thead是不能返回值的，但是作為更高級(jí)的Task當(dāng)然要彌補(bǔ)一下這個(gè)功能。

static void Main() {  
    // GetDayOfThisWeek 運(yùn)行在另外一個(gè)線程中  
    var dayName = Task.Run<string>(() => { return GetDayOfThisWeek(); });  
    Console.WriteLine("今天是：{0}",dayName.Result);  
} 

共享數(shù)據(jù)

上面說(shuō)了參數(shù)和返回值，我們來(lái)看一下線程之間共享數(shù)據(jù)的問(wèn)題。

private 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(gè)線程來(lái)的時(shí)候，就不會(huì)再執(zhí)行了(也不是絕對(duì)的，取決于計(jì)算機(jī)的CPU數(shù)量以及當(dāng)時(shí)的運(yùn)行情況)  
        Console.WriteLine("Done");  
    }  
} 

線程之間可以通過(guò)static變量來(lái)共享數(shù)據(jù)。

線程安全

我們先把上面的代碼小小的調(diào)整一下，就知道什么是線程安全了。我們把Done方法中的兩句話對(duì)換了一下位置 。

private 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"); // 猜猜這里面會(huì)被執(zhí)行幾次？  
        _isDone = true;   
    }  
} 

上面這種情況不會(huì)一直發(fā)生，但是如果你運(yùn)氣好的話，就會(huì)中獎(jiǎng)了。因?yàn)?**個(gè)線程還沒(méi)有來(lái)得及把_isDone設(shè)置成true，第二個(gè)線程就進(jìn)來(lái)了，而這不是我們想要的結(jié)果，在多個(gè)線程下，結(jié)果不是我們的預(yù)期結(jié)果，這就是線程不安全。

鎖

要解決上面遇到的問(wèn)題，我們就要用到鎖。鎖的類型有獨(dú)占鎖，互斥鎖，以及讀寫(xiě)鎖等，我們這里就簡(jiǎn)單演示一下獨(dú)占鎖。

private 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"); // 猜猜這里面會(huì)被執(zhí)行幾次？  
            _isDone = true;  
        }  
    }  
} 

再我們加上鎖之后，被鎖住的代碼在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)線程訪問(wèn)，其它的線程會(huì)被阻塞，只有等到這個(gè)鎖被釋放之后其它的線程才能執(zhí)行被鎖住的代碼。

#p#

Semaphore 信號(hào)量

我實(shí)在不知道這個(gè)單詞應(yīng)該怎么翻譯，從官方的解釋來(lái)看，我們可以這樣理解。它可以控制對(duì)某一段代碼或者對(duì)某個(gè)資源訪問(wèn)的線程的數(shù)量，超過(guò)這個(gè)數(shù)量之后，其它的線程就得等待，只有等現(xiàn)在有線程釋放了之后，下面的線程才能訪問(wèn)。這個(gè)跟鎖有相似的功能，只不過(guò)不是獨(dú)占的，它允許一定數(shù)量的線程同時(shí)訪問(wèn)。

static SemaphoreSlim _sem = new SemaphoreSlim(3);    // 我們限制能同時(shí)訪問(wèn)的線程數(shù)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(kāi)始排隊(duì)...");  
    _sem.Wait();  
    Console.WriteLine(id + " 開(kāi)始執(zhí)行！");            
    Thread.Sleep(1000 * (int)id);                 
    Console.WriteLine(id + " 執(zhí)行完畢，離開(kāi)！");        
    _sem.Release();  
} 

在最開(kāi)始的時(shí)候，前3個(gè)排隊(duì)之后就立即進(jìn)入執(zhí)行，但是4和5，只有等到有線程退出之后才可以執(zhí)行。

異常處理

其它線程的異常，主線程可以捕獲到么？

public static void Main(){  
    try{  
        new Thread(Go).Start();  
    }  
    catch (Exception ex){  
        // 其它線程里面的異常，我們這里面是捕獲不到的。  
        Console.WriteLine("Exception!");  
    }  
}  
static void Go() { throw null; } 

那么升級(jí)了的Task呢？

public static void Main(){  
    try{  
        var task = Task.Run(() => { Go(); });  
        task.Wait();  // 在調(diào)用了這句話之后，主線程才能捕獲task里面的異常  
   
        // 對(duì)于有返回值的Task, 我們接收了它的返回值就不需要再調(diào)用Wait方法了  
        // GetName 里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; } 

一個(gè)小例子認(rèn)識(shí)async & await

static void Main(string[] args){  
    Test(); // 這個(gè)方法其實(shí)是多余的, 本來(lái)可以直接寫(xiě)下面的方法  
    // await GetName()    
    // 但是由于控制臺(tái)的入口方法不支持async,所有我們?cè)谌肟诜椒ɡ锩娌荒?nbsp;用 await  
               
    Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);  
}  
   
static async Task Test(){  
    // 方法打上async關(guān)鍵字，就可以用await調(diào)用同樣打上async的方法  
    // await 后面的方法將在另外一個(gè)線程中執(zhí)行  
    await GetName();  
}  
   
static async Task GetName(){  
    // Delay 方法來(lái)自于.net 4.5  
    await Task.Delay(1000);  // 返回值前面加 async 之后，方法里面就可以用await了  
    Console.WriteLine("Current Thread Id :{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);  
    Console.WriteLine("In antoher thread.....");  
} 

#p#

await 的原形

await后的的執(zhí)行順序 

感謝 locus的指正， await 之后不會(huì)開(kāi)啟新的線程(await 從來(lái)不會(huì)開(kāi)啟新的線程)，所以上面的圖是有一點(diǎn)問(wèn)題的。

await 不會(huì)開(kāi)啟新的線程，當(dāng)前線程會(huì)一直往下走直到遇到真正的Async方法（比如說(shuō)HttpClient.GetStringAsync），這個(gè)方法的內(nèi)部會(huì)用Task.Run或者Task.Factory.StartNew 去開(kāi)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(chuàng)建Task，才會(huì)真正的去創(chuàng)建線程。

static void Main(string[] args)  
{  
    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();   //我們這里沒(méi)有用 await,所以下面的代碼可以繼續(xù)執(zhí)行  
    // 但是如果上面是 await GetName()，下面的代碼就不會(huì)立即執(zhí)行，輸出結(jié)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()  
{  
    // 這里還是主線程  
    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?cè)賮?lái)看一下那張圖：

1. 進(jìn)入主線程開(kāi)始執(zhí)行
2. 調(diào)用async方法，返回一個(gè)Task，注意這個(gè)時(shí)候另外一個(gè)線程已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行，也就是GetName里面的 Task 已經(jīng)開(kāi)始工作了
3. 主線程繼續(xù)往下走
4. 第3步和第4步是同時(shí)進(jìn)行的，主線程并沒(méi)有掛起等待
5. 如果另一個(gè)線程已經(jīng)執(zhí)行完畢，name.IsCompleted=true，主線程仍然不用掛起，直接拿結(jié)果就可以了。如果另一個(gè)線程還同有執(zhí)行完畢, name.IsCompleted=false，那么主線程會(huì)掛起等待，直到返回結(jié)果為止。

只有async方法在調(diào)用前才能加await么？

static 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 秒之后才會(huì)執(zhí)行這里  
    Console.WriteLine(str);  
} 

答案很明顯：await并不是針對(duì)于async的方法，而是針對(duì)async方法所返回給我們的Task，這也是為什么所有的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(guān)鍵字，這樣做實(shí)際上是告訴編譯器我需要等這個(gè)Task的返回值或者等這個(gè)Task執(zhí)行完畢之后才能繼續(xù)往下走。

不用await關(guān)鍵字，如何確認(rèn)Task執(zhí)行完畢了？

static void Main(){  
    var task = Task.Run(() =>{  
        return GetName();  
    });  
   
    task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>{  
        // 2 秒之后才會(huì)執(zhí)行這里  
        var name = task.Result;  
        Console.WriteLine("My name is: " + name);  
    });  
   
    Console.WriteLine("主線程執(zhí)行完畢");  
    Console.ReadLine();  
}  
   
static string GetName(){  
    Console.WriteLine("另外一個(gè)線程在獲取名稱");  
    Thread.Sleep(2000);  
    return "Jesse";  
} 

#p#

Task.GetAwaiter()和await Task 的區(qū)別？

• 加上await關(guān)鍵字之后，后面的代碼會(huì)被掛起等待，直到task執(zhí)行完畢有返回值的時(shí)候才會(huì)繼續(xù)向下執(zhí)行，這一段時(shí)間主線程會(huì)處于掛起狀態(tài)。
• GetAwaiter方法會(huì)返回一個(gè)awaitable的對(duì)象（繼承了INotifyCompletion.OnCompleted方法）我們只是傳遞了一個(gè)委托進(jìn)去，等task完成了就會(huì)執(zhí)行這個(gè)委托，但是并不會(huì)影響主線程，下面的代碼會(huì)立即執(zhí)行。這也是為什么我們結(jié)果里面***句話會(huì)是 “主線程執(zhí)行完畢”！

Task如何讓主線程掛起等待？

上面的右邊是屬于沒(méi)有掛起主線程的情況，和我們的await仍然有一點(diǎn)差別，那么在獲取Task的結(jié)果前如何掛起主線程呢？

static 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(zhí)行完畢");  
    Console.ReadLine();  
}  
   
static string GetName(){  
    Console.WriteLine("另外一個(gè)線程在獲取名稱");  
    Thread.Sleep(2000);  
    return "Jesse";  
} 

Task.GetAwait()方法會(huì)給我們返回一個(gè)awaitable的對(duì)象，通過(guò)調(diào)用這個(gè)對(duì)象的GetResult方法就會(huì)掛起主線程，當(dāng)然也不是所有的情況都會(huì)掛起。還記得我們Task的特性么？ 在一開(kāi)始的時(shí)候就啟動(dòng)了另一個(gè)線程去執(zhí)行這個(gè)Task，當(dāng)我們調(diào)用它的結(jié)果的時(shí)候如果這個(gè)Task已經(jīng)執(zhí)行完畢，主線程是不用等待可以直接拿其結(jié)果的，如果沒(méi)有執(zhí)行完畢那主線程就得掛起等待了。

await 實(shí)質(zhì)是在調(diào)用awaitable對(duì)象的GetResult方法

static async Task Test(){  
    Task<string> task = Task.Run(() =>{  
        Console.WriteLine("另一個(gè)線程在運(yùn)行！");  // 這句話只會(huì)被執(zhí)行一次  
        Thread.Sleep(2000);  
        return "Hello World";  
    });  
   
    // 這里主線程會(huì)掛起等待，直到task執(zhí)行完畢我們拿到返回結(jié)果  
    var result = task.GetAwaiter().GetResult();    
    // 這里不會(huì)掛起等待，因?yàn)閠ask已經(jīng)執(zhí)行完了，我們可以直接拿到結(jié)果  
    var result2 = await task;       
    Console.WriteLine(str);  
} 

到此為止，await就真相大白了，歡迎點(diǎn)評(píng)。Enjoy Coding! :) 

本文來(lái)自：http://www.cnblogs.com/jesse2013/p/async-and-await.html