C#的Task 和 Task<T>

在C#中，Task和Task<T>是实现异步编程的核心类型。它们允许开发者编写非阻塞代码，从而提高应用程序的响应性和吞吐量。本文将深入探讨C#中的Task和Task<T>，包括它们的基本概念、实现方式、高级用法和最佳实践。

1. Task和Task<T>的基本概念

1.1 什么是Task和Task<T>

• Task：表示异步操作，它不返回值。
• Task<T>：表示返回一个值的异步操作。

1.2 Task和Task<T>的特点

• 非阻塞：允许程序在等待异步操作完成时继续执行其他代码。
• 可组合：可以组合多个异步操作。
• 易于错误处理：可以集中处理异步操作中的错误。

2. 实现异步编程

2.1 使用Task执行异步操作

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public async Task DoWorkAsync()
{
    int result = await Task.Run(() => ComputeResult());
    Console.WriteLine($"The result is: {result}");
}

public int ComputeResult()
{
    // 模拟长时间运行的任务
    Thread.Sleep(3000);
    return 42;
}

2.2 使用Task<T>获取异步操作的结果

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public async Task<int> GetCountAsync()
{
    return await Task.Run(() =>
    {
        // 模拟长时间运行的任务
        Thread.Sleep(3000);
        return 42;
    });
}

3. Task和Task<T>的高级特性

3.1 组合异步方法

使用Task.WhenAll组合多个异步方法。

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public async Task CombineTasksAsync()
{
    var result1 = await Task.Run(() => DoWork1());
    var result2 = await Task.Run(() => DoWork2());
    // ...
    await Task.WhenAll(result1, result2);
}

3.2 错误处理

使用try-catch块来处理异步操作中的错误。

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public async Task DoWorkAsync()
{
    try
    {
        var result = await GetCountAsync();
        Console.WriteLine(result);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine($"An error occurred: {ex.Message}");
    }
}

3.3 取消异步操作

使用CancellationToken来取消异步操作。

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public async Task DoWorkWithCancellationAsync(CancellationToken cancellationToken)
{
    while (!cancellationToken.IsCancellationRequested)
    {
        // 执行工作
        await Task.Delay(1000, cancellationToken);
    }
}

3.4 配置异步方法的超时

使用Task的Timeout方法来设置超时。

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public async Task DoWorkWithTimeoutAsync()
{
    try
    {
        await Task.Delay(5000); // 模拟长时间运行的任务
    }
    catch (TaskCanceledException)
    {
        Console.WriteLine("The operation has timed out.");
    }
}

4. Task和Task<T>的最佳实践

4.1 避免在循环中使用await

在循环中使用await可能会导致死锁。考虑使用Task.WhenAll来并行执行循环中的异步操作。

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var tasks = numbers.Select(async number => await ProcessNumberAsync(number));
await Task.WhenAll(tasks);

4.2 使用ConfigureAwait(false)

在库方法中使用ConfigureAwait(false)以避免不必要的上下文切换。

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public void LibraryMethod()
{
    var result = await GetResultAsync().ConfigureAwait(false);
}

4.3 考虑使用异步构造函数

异步构造函数允许在创建对象时执行异步初始化。

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public class AsyncClass
{
    private readonly int _data;

    public AsyncClass()
    {
        _data = await GetDataAsync();
    }

    private async Task<int> GetDataAsync()
    {
        await Task.Delay(1000); // 模拟异步操作
        return 42;
    }
}

4.4 避免异步方法的返回值未使用

确保异步方法的返回值被正确使用，否则可能会阻止编译器优化。

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var result = await GetCountAsync(); // 确保result被使用

4.5 考虑使用IAsyncEnumerable

对于大量数据的异步枚举，使用IAsyncEnumerable。

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public async IAsyncEnumerable<int> GetNumbersAsync()
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        await Task.Delay(100); // 模拟异步操作
        yield return i;
    }
}