Полное руководство. С# 4.0

� MyTask(). После
того как начнет выполняться метод Main(), задача фактически создается и запускается
на исполнение. Оба метода MyTask() и Main() выполняются параллельно.
// Создать и запустить задачу на исполнение.
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
class DemoTask {
// Метод выполняемый в качестве задачи.
static void MyTask() {
Console.WriteLine("MyTask() запущен");
for(int count = 0; count < 10; count++) {
Thread.Sleep(500);
Console.WriteLine ("В методе MyTask(), подсчет равен " + count);
}
Console.WriteLine("MyTask завершен");
}
static void Main() {
Console.WriteLine("Основной поток запущен.");
// Сконструировать объект задачи.
Task tsk = new Task(MyTask);
// Запустить задачу на исполнение.
tsk.Start();
// метод Main() активным до завершения метода MyTask().
for(int i = 0; i < 60; i++) {
Console.Write(".");
Thread.Sleep(100);
}
Console.WriteLine("Основной поток завершен.");
}
}
Ниже приведен результат выполнения этой программы. (У вас он может несколько
отличаться в зависимости от загрузки задач, операционной системы и прочих факторов.)
Основной поток запущен.
.MyTask() запущен
.....В методе MyTask(), подсчет равен 0
.....В методе MyTask(), подсчет равен 1
.....В методе MyTask(), подсчет равен 2
.....В методе MyTask(), подсчет равен 3
.....В методе MyTask(), подсчет равен 4
.....В методе MyTask(), подсчет равен 5
.....В методе MyTask(), подсчет равен 6
.....В методе MyTask(), подсчет равен 7
.....В методе MyTask(), подсчет равен 8
.....В методе MyTask(), подсчет равен 9
MyTask завершен
.........Основной поток завершен.
Следует иметь в виду, что по умолчанию задача исполняется в фоновом потоке.
Следовательно, при завершении создающего потока завершается и сама задача. Имен
но поэтому в рассматриваемой здесь программе метод Thread.Sleep() использован
для сохранения активным основного потока до тех пор, пока не завершится выполне
ние метода MyTask(). Как и следовало ожидать, организовать ожидание завершения
задачи можно и более совершенными способами, что и будет показано далее.
В приведенном выше примере программы задача, предназначавшаяся для парал
лельного исполнения, обозначалась в виде статического метода. Но такое требование к
задаче не является обязательным. Например, в приведенной ниже программе, которая
является переработанным вариантом предыдущей, метод MyTask(), выполняющий
роль задачи, инкапсулирован внутри класса.
// Использовать метод экземпляра в качестве задачи.
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
class MyClass {
// Метод выполняемый в качестве задачи.
public void MyTask() {
Console.WriteLine("MyTask() запущен");
for (int count = 0; count < 10; count++) {
Thread.Sleep(500);
Console.WriteLine("В методе MyTask(), подсчет равен " + count);
}
Console.WriteLine("MyTask завершен ");
}
}
class DemoTask {
static void Main() {
Console.WriteLine("Основной поток запущен.");
// Сконструировать объект типа MyClass.
MyClass mc = new MyClass();
// Сконструировать объект задачи для метода me.MyTask().
Task tsk = new Task(mc.MyTask);
// Запустить задачу на исполнение.
tsk.Start();
// Сохранить метод Main() активным до завершения метода MyTask().
for(int i = 0; i < 60; i++) {
Console.Write(".");
Thread.Sleep(100);
}
Console.WriteLine("Основной поток завершен.");
}
}
Результат выполнения этой программы получается таким же, как и прежде. Един
ственное отличие состоит в том, что метод MyTask() вызывается теперь для экземпляра
объекта класса MyClass.
В отношении задач необходимо также иметь в виду следующее: после того, как за
дача завершена, она не может быть перезапущена. Следовательно, иного способа по
вторного запуска задачи на исполнение, кроме создания ее снова, не существует.
Применение идентификатора задачи
В отличие от класса Thread; в классе Task отсутствует свойство Name для хранения
имени задачи. Но вместо этого в нем имеется свойство Id для хранения идентификато
ра задачи, по которому можно распознавать задачи. Свойство Id доступно только для
чтения и относится к типу int. Оно объявляется следующим образом.
public int Id { get; }
Каждая задача получает идентификатор, когда она создается. Значения идентифи
каторов уникальны, но не упорядочены. Поэтому один идентификатор задачи может
появиться перед другим, хотя он может и не иметь меньшее значение.
Идентификатор исполняемой в настоящий момент задачи можно выявить с помо
щью свойства CurrentId. Это свойство доступно только для чтения, относится к типу
static и объявляется следующим образом.
public static Nullable CurrentID { get; }
Оно возвращает исполняемую в настоящий момент задачу или же пустое значение,
если вызывающий код не является задачей.
В приведенном ниже примере программы создаются две задачи и показывается,
какая из них исполняется.
// Продемонстрировать применение свойств Id и CurrentId.
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
class DemoTask {
// Метод, исполняемый как задача.
static void MyTask() {
Console.WriteLine("MyTask() №" + Task.CurrentId + " запущен");
for(int count = 0; count < 10; count++) {
Thread.Sleep(500);
Console.WriteLine("В методе MyTask() #" + Task.CurrentId +
", подсчет равен " + count );
}
Console.WriteLine("MyTask №" + Task.CurrentId + " завершен");
}
static void Main() {
Console.WriteLine("Основной поток запущен.");
// Сконструировать объекты двух задач.
Task tsk = new Task(MyTask);
Task tsk2 = new Task(MyTask);
// Запустить задачи на исполнение,
tsk.Start();
tsk2.Start();
Console.WriteLine("Идентификатор задачи tsk: " + tsk.Id);
Console.WriteLine("Идентификатор задачи tsk2: " + tsk2.Id);
// Сохранить метод Main() активным до завершения остальных задач.
for(int i = 0; i < 60; i++) {
Console.Write (".");
Thread.Sleep(100);
}
Console.WriteLine("Основной поток завершен.");
}
Выполнение этой программы приводит к следующему результату.
Основной поток запущен
Идентификатор задачи tsk: 1
Идентификатор задачи tsk2: 2
.MyTask() №1 запущен
MyTask() №2 запущен
.....В методе MyTask() №1, подсчет равен 0
В методе MyTask() №2, подсчет равен 0
.....В методе MyTask() №2, подсчет равен 1
В методе MyTask() №1, подсчет равен 1
.....В методе MyTask() №1, подсчет равен 2
В методе MyTask() №2, подсчет равен 2
.....В методе MyTask() №2, подсчет равен 3
В методе MyTask() №1, подсчет равен 3
.....В методе MyTask() №1, подсчет равен 4
В методе MyTask() №2, подсчет равен 4
.....В методе MyTask() №1, подсчет равен 5
В методе MyTask() №2, подсчет равен 5
.....В методе MyTask() №2, подсчет равен 6
В методе MyTask() №1, подсчет равен 6
.....В методе MyTask() №2, подсчет равен 7
В методе MyTask() №1, подсчет равен 7
.....В методе MyTask() №1, подсчет равен 8
В методе MyTask() №2, подсчет равен 8
.....В методе MyTask() №1, подсчет равен 9
MyTask №1 завершен
В методе MyTask() №2, подсчет равен 9
MyTask №2 завершен
.........Основной поток завершен.
Применение методов ожидания
В приведенных выше примерах основной поток исполнения, а по существу, ме
тод Main(), завершался потому, что такой результат гарантировали вызовы мето
да Thread.Sleep(). Но подобный подход нельзя считать удовлетворительным.
Организовать ожидание завершения задач можно и более совершенным способом,
применяя методы ожидания, специально предоставляемые в классе Task. Самым про
стым из них считается метод Wait(), приостанавливающий исполнение вызывающего
потока до тех пор, пока не завершится вызываемая задача. Ниже приведена простей
шая форма объявления этого метода.
public void Wait()
При выполнении этого метода могут быть сгенерированы два исключения. Первым
из них является исключение ObjectDisposedException. Оно генерируется в том
случае, если задача освобождена посредством вызова метода Dispose(). А второе ис
ключение, AggregateException, генерируется в том случае, если задача сама генери
рует исключение или же отменяется. Как правило, отслеживается и обрабатывается
именно это исключение. В связи с тем что задача может сгенерировать не одно ис
ключение, если, например, у нее имеются порожденные задачи, все подобные исклю
чения собираются в единое исключение типа AggregateException. Для того чтобы
выяснить, что же произошло на самом деле, достаточно проанализировать внутренние
исключения, связанные с этим совокупным исключением. А до тех пор в приведенных
далее примерах любые исключения, генерируемые задачами, будут обрабатываться во
время выполнения.
Ниже приведен вариант предыдущей программы, измененный с целью продемон
стрировать применение метода Wait() на практике. Этот метод используется внутри
метода Main(), чтобы приостановить его выполнение до тех пор, пока не завершатся
обе задачи tsk и tsk2.
// Применить метод Wait().
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
class DemoTask {
// Метод, исполняемый как задача.
static void MyTask() {
Console.WriteLine("MyTask() №" + Task.CurrentId + " запущен");
for(int count = 0; count < 10; count++) {
Thread.Sleep(500);
Console.WriteLine("В методе MyTask() #" + Task.CurrentId +
", подсчет равен " + count );
}
Console.WriteLine("MyTask №" + Task.CurrentId + " завершен");
}
static void Main() {
Console.WriteLine("Основной поток запущен.");
// Сконструировать объекты двух задач.
Task tsk = new Task(MyTask);
Task tsk2 = new Task(MyTask);
// Запустить задачи на исполнение.
tsk.Start();
tsk2.Start();
Console.WriteLine("Идентификатор задачи tsk: " + tsk.Id);
Console.WriteLine("Идентификатор задачи tsk2: " + tsk2.Id);
// Приостановить выполнение метода Main() до тех пор,
// пока не завершатся обе задачи tsk и tsk2
tsk.Wait();
tsk2.Wait();
Console.WriteLine("Основной поток завершен.");
}
}
При выполнении этой программы получается следующий результат.
Основной поток запущен
Идентификатор задачи tsk: 1
Идентификатор задачи tsk2: 2
MyTask() №1 запущен
MyTask() №2 запущен
В методе MyTask() №1, подсчет равен 0
В методе MyTask() №2, подсчет равен 0
В методе MyTask() №1, подсчет равен 1
В методе MyTask() №2, подсчет равен 1
В методе MyTask() №1, подсчет равен 2
В методе MyTask() №2, подсчет равен 2
В методе MyTask() №1, подсчет равен 3
В методе MyTask() №2, подсчет равен 3
В методе MyTask() №1, подсчет равен 4
В методе MyTask() №2, подсчет равен 4
В методе MyTask() №1, подсчет равен 5
В методе MyTask() №2, подсчет равен 5
В методе MyTask() №1, подсчет равен 6
В методе MyTask() №2, подсчет равен 6
В методе MyTask() №1, подсчет равен 7
В методе MyTask() №2, подсчет равен 7
В методе MyTask() №1, подсчет равен 8
В методе MyTask() №2, подсчет равен 8
В методе MyTask() №1, подсчет равен 9
MyTask №1 завершен
В методе MyTask() №2, подсчет равен 9
MyTask №2 завершен
Основной поток завершен.
Как следует из приведенного выше результата, выполнение метода Main() приоста
навливается до тех пор, пока не завершатся обе задачи tsk и tsk2. Следует, однако, иметь
в виду, что в рассматриваемой здесь программе последовательность завершения задач
tsk и tsk2 не имеет особого значения для вызовов метода Wait(). Так, если первой за
вершается задача tsk2, то в вызове метода tsk.Wait() будет по-прежнему ожидаться
завершение задачи tsk. В таком случае вызов метода tsk2.Wait() приведет к выполне
нию и немедленному возврату из него, поскольку задача tsk2 уже завершена.
В данном случае оказывается достаточно двух вызовов метода Wait(), но того же
результата можно добиться и более простым способом, воспользовавшись методом
WaitAll(). Этот метод организует ожидание завершения группы задач. Возврата из
него не произойдет до тех пор, пока не завершатся все задачи. Ниже приведена про
стейшая форма объявления этого метода.
public static void WaitAll(params Task[] tasks)
Задачи, завершения которых требуется ожидать, передаются с помощью пара
метра в виде массива tasks. А поскольку этот параметр относится к типу params,
то данному методу можно отдельно передать массив объектов типа Task или спи
сок задач. При этом могут быть сгенерированы различные исключения, включая и
AggregateException.
Для того чтобы посмотреть, как метод WaitAll() действует на практике, замените
в приведенной выше программе следующую последовательность вызовов.
tsk.Wait();
tsk2.Wait();
на
Task.WaitAll(tsk, tsk2);
Программа будет работать точно так же, но логика ее выполнения станет более
понятной.
Организуя ожидание завершения нескольких задач, следует быть особенно внима
тельным, чтобы избежать взаимоблокировок. Так, если две задачи ожидают заверше
ния друг друга, то вызов метода WaitAll() вообще не приведет к возврату из него.
Разумеется, условия для взаимоблокировок возникают в результате ошибок програм
мирования, которых следует избегать. Следовательно, если вызов метода WaitAll()
не приводит к возврату из него, то следует внимательно проанализировать, могут ли
две задачи или больше взаимно блокироваться. (Вызов метода Wait(), который не
приводит к возврату из него, также может стать причиной взаимоблокировок.)
Иногда требуется организовать ожидание до тех пор, пока не завершится любая из
группы задач. Для этой цели служит метод WaitAny(). Ниже приведена простейшая
форма его объявления.
public static int WaitAny(params Task[] tasks)
Задачи, завершения которых требуется ожидать, передаются с помощью параме
тра в виде массива tasks объектов типа Task или отдельного списка аргументов типа
Task. Этот метод возвращает индекс задачи, которая завершается первой. При этом
могут быть сгенерированы различные исключения.
Попробуйте применить метод WaitAny() на практике, подставив в предыдущей
программе следующий вызов.
Task.WaitAny(tsk, tsk2);
Теперь, выполнение метода Main() возобновится, а программа завершится, как
только завершится одна из двух задач.
Помимо рассматривавшихся здесь форм методов Wait(), WaitAll() и
WaitAny(), имеются и другие их варианты, в которых можно указывать период про
стоя или отслеживать признак отмены. (Подробнее об отмене задач речь пойдет да
лее в этой главе.)
Вызов метода Dispose()
В классе Task реализуется интерфейс IDisposable, в котором определяется метод
Dispose(). Ниже приведена форма его объявления.
public void Dispose()
Метод Dispose() реализуется в классе Task, освобождая ресурсы, используемые
этим классом. Как правило, ресурсы, связанные с классом Task, освобождаются авто
матически во время "сборки мусора" (или по завершении программы). Но если эти
ресурсы требуется освободить еще раньше, то для этой цели служит метод Dispose().
Это особенно важно в тех программах, где создается большое число задач, оставляемых
на произвол судьбы.
Следует, однако, иметь в виду, что метод Dispose() можно вызывать для отдель
ной задачи только после ее завершения. Следовательно, для выяснения факта завер
шения отдельной задачи, прежде чем вызывать метод Dispose(), потребуется неко
торый механизм, например, вызов метода Wait(). Именно поэтому так важно было
рассмотреть метод Wait(), перед тем как обсуждать метод Dispose(). Ели же по
пытаться вызвать Dispose() для все еще активной задачи, то будет сгенерировано ис
ключение InvalidOperationException.
Во всех примерах, приведенных в этой главе, создаются довольно короткие задачи,
которые фазу же завершаются, и поэтому применение метода Dispose() в этих приме
рах не дает никаких преимуществ. (Именно по этой причине вызывать метод Dispose()
в приведенных выше программах не было никакой необходимости. Ведь все они заверша
лись, как только завершалась задача, что в конечном итоге приводило к освобождению от
остальных задач.) Но в целях демонстрации возможностей данного метода и во избежа
ние каких-либо недоразумений метод Dispose() будет вызываться явным образом при
непосредственном обращении с экземплярами объектов типа Task во всех последующих
примерах программ. Если вы обнаружите отсутствие вызовов метода Dispose() в ис
ходном коде, полученном из других источников, то не удивляйтесь этому. Опять же, если
программа завершается, как только завершится задача, то вызывать метод Dispose() нет
никакого смысла — разве что в целях демонстрации его применения.
Применение класса TaskFactory для запуска задачи
Приведенные выше примеры программы были составлены не так эффективно, как
следовало бы, поскольку задачу можно создать и сразу же начать ее исполнение, вы
звав метод StartNew(), определенный в классе TaskFactory. В классе TaskFactory
предоставляются различные методы, упрощающие создание задач и управление ими.
По умолчанию объект класса TaskFactory может быть получен из свойства Factory,
доступного только для чтения в классе Task. Используя это свойство, можно вызвать
любые методы класса TaskFactory. Метод StartNew() существует во множестве
форм. Ниже приведена самая простая форма его объявления:
public Task StartNew(Action action)
где action — точка входа в исполняемую задачу. Сначала в методе StartNew() авто
матически создается экземпляр объекта типа Task для действия, определяемого па
раметром action, а затем планируется запуск задачи на исполнение. Следовательно,
необходимость в вызове метода Start() теперь отпадает.
Например, следующий вызов метода StartNew() в рассматривавшихся ранее про
граммах приведет к созданию и запуску задачи tsk одним действием.
Task tsk = Task.Factory.StartNew(MyTask);
После этого оператора сразу же начнет выполняться метод MyTask().
Метод StartNew() оказывается более эффективным в тех случаях, когда задача соз
дается и сразу же запускается на исполнение. Поэтому именно такой подход и при
меняется в последующих примерах программ.
Применение лямбда-выражения в качестве задачи
Кроме использования обычного метода в качестве задачи, существует и другой, бо
лее рациональный подход: указать лямбда-выражение как отдельно решаемую задачу.
Напомним, что лямбда-выражения являются особой формой анонимных функций. По
этому они могут исполняться как отдельные задачи. Лямбда-выражения оказываются
особенно полезными в тех случаях, когда единственным назначением метода является
решение одноразовой задачи. Лямбда-выражения могут составлять отдельную задачу
иди же вызывать другие методы. Так или иначе, применение лямбда-выражения в каче
стве задачи может стать привлекательной альтернативой именованному методу.
В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение лямбда-
выражения в качестве задачи. В этой программе код метода MyTask() из предыдущих
примеров программ преобразуется в лямбда-выражение.
// Применить лямбда-выражение в качестве задачи.
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
class DemoLambdaTask {
static void Main() {
Console.WriteLine("Основной поток запущен.");
// Далее лямбда-выражение используется для определения задачи.
Task tsk = Task.Factory.StartNew( () => {
Console.WriteLine("Задача запущена");
for (int count = 0; count < 10; count++) {
Thread.Sleep(500);
Console.WriteLine("Подсчет в задаче равен " + count );
}
Console.WriteLine("Задача завершена");
} );
// Ожидать завершения задачи tsk.
tsk.Wait();
// Освободить задачу tsk.
tsk.Dispose();
Console.WriteLine("Основной поток завершен.");
}
}
Ниже приведен результат выполнения этой программы.
Основной поток запущен.
Задача запущена
Подсчет в задаче равен 0
Подсчет в задаче равен 1
Подсчет в задаче равен 2
Подсчет в задаче равен 3
Подсчет в задаче равен 4
Подсчет в задаче равен 5
Подсчет в задаче равен 6
Подсчет в задаче равен 7
Подсчет в задаче равен 8
Подсчет в задаче равен 9
Задача завершена
Основной поток завершен.
Помимо применения лямбда-выражения для описания задачи, обратите также
внимание в данной программе на то, что вызов метода tsk.Dispose() не делается до
тех пор, пока не произойдет возврат из метода tsk.Wait(). Как пояснялось в пред
ыдущем разделе, метод Dispose() можно вызывать только по завершении задачи.
Для того чтобы убедиться в этом, попробуйте поставить вызов метода tsk.Dispose()
в рассматриваемой здесь программе перед вызовом метода tsk.Wait(). Вы сразу же
заметите, что это приведет к исключительной ситуации.
Создание продолжения задачи
Одной из новаторских и очень удобных особенностей библиотеки TPL является воз
можность создавать продолжение задачи. Продолжение — это одна задача, которая ав
томатически начинается после завершения другой задачи. Создать продолжение мож
но, в частности, с помощью метода ContinueWith(), определенного в классе Task.
Ниже приведена простейшая форма его объявления:
public Task ContinueWith(Action действие