文章目录

介绍
具体案例
- 等待线程信号——ManualResetEvent
- 等待线程信号——AutoResetEvent
- 多个线程同时写一个文件
- 串联并行任务
- 使用Parallel类执行并行操作
- 为每个线程单独分配变量值
- 保留异步上下文中的本地变量值
- 取消并行任务
总结

介绍

随着.net core越来越流行，对.net core 基础知识的了解，实际应用等相关的知识也应该有所了解。所以就有了这篇文章，案例都是来自阅读的书籍，或者实际工作中感觉比较有用的应用。分享亦总结。

本文主要介绍 .net core 相关的异步和并行案例。

具体案例

等待线程信号——ManualResetEvent

【导语】

抽象类 WaitHandle 规范了线程之间发送和等待事件信号的行为逻辑。

线程之间所执行的代码往往是相互独立的，在某些由特殊要求的场合，会使得代码逻辑不可控。例如，A、B 两个线程分别进行运算，但是 B 线程的运算开始之前必须保证 A 线程的运算已经完成，这种情况下，就需要线程同步了。

线程同步的一种解决方案就是发送信号与等待信号。例如上述例子，可以在线程之际共享一个事件句柄， B 线程调用 WaitOne 方法后会被阻止，然后等待 A 线程发送信号； A 线程在完成其计算后发出信号， B 线程收到信号后才会继续执行，这样就可以确保执行 A 线程的代码，再执行 B 线程的代码。

ManualResetEvent 类是事件等待句柄的一个实现版本，它的特点是————发出事件信号（调用 Set 方法）之后会一直保持有信号状态，此时所有处于等待中的线程都会继续执行。要把事件句柄切换会无信号状态，必须手动调用 Reset 方法。也就是说，ManualResetEvent 对象需要手动切换信号状态，如果调用 Set 方法之后忘记调用 Reset 方法，那么该事件句柄就会一直处于有信号状态，所有被阻止的线程都会释放并继续执行。

本实例演示了如果再新的线程上计算从 1 到 100 的累加运算，即计算 1+2+3+...+100 的总和。主线程必须等待新线程计算完毕后才能继续，虽然主线程可以调用 Sleep 方法来暂停一段时间，但是要暂停的时间是不可预估的，因此本实例使用时间等待句柄的效果较好。

【操作流程】

步骤1：新建控制台应用程序项目。

步骤2：在项目模板创建的 Program 类中声明一个 ManualResetEvent 类型的私有字段，为了可以在 Main 方法中直接访问，字段可以声明为静态字段。

static ManualResetEvent mnlEvt = new ManualResetEvent(false);

注意：ManualResetEvent 类的构造函数包含一个 bool 类型的参数，用来标识事件句柄在创建时的初始状态————有信号还是无信号。本实例中，主线程需要等待另一个线程计算完成才能继续，因此 ManualResetEvent 对象的初始化应该为无信号，否则主线程是不会等待的。将参数设置为 false 表示初始化状态为无信号。

步骤3：创建新线程。

Thread th = new Thread(() =>
{int n = 1;int result = 0;while(n <= 100){// 延时模拟Thread.Sleep(20);result += n;n++;}Console.WriteLine("计算结果：{0}", result);mnlEvt.Set();// 发送信号后又马上切换为无信号状态mnlEvt.Reset();
});

上述代码中，完成计算后需要调用 Set 方法，因为这样主线程才能收到信号，随后可以调用 Reset 方法来恢复到无信号状态。在本示例中，Reset 方法的调用是可选的，因为只有一个主线程在等待，并没有其他线程被阻止，就算不调用 Reset 方法也不会影响线程同步。

步骤4：在主线程的代码中，必须调用 WaitOne 方法，否则主线程不会进入等待状态的。

Console.WriteLine("正在等待线程计算……");
mnlEvt.WaitOne();
Console.WriteLine("计算完毕！");

步骤5：运行应用程序项目，结果如下。

等待线程信号——AutoResetEvent

【导语】

与 ManualResetEvent 类不同，AutoResetEvent 类在调用 Set 方法发出信号之后，会立刻恢复为无信号状态，不需要调用 Reset 方法。

本示例假设某个任务将分为三个阶段完成，而且顺序不能颠倒，第一阶段完成后再执行第二阶段，第二阶段完成后在执行第三阶段。

【操作流程】

步骤1：新建控制台应用程序项目。

步骤2：在 Program 类中声明三个 AutoResetEvent 类型的私有字段，为了便于在 Main 方法中访问，需要声明为静态字段。

static AutoResetEvent evt1 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent evt2 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent evt3 = new AutoResetEvent(false);

这三个字段分别用于发送实例任务中三个阶段处理完成的信号。

步骤3：创建三个线程，假设它们分别代表任务中的三个阶段，具体如下。

Thread th1 = new Thread(() =>
{Console.WriteLine("正在进行第一阶段……");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine("第一阶段处理完成！");// 发送信号evt1.Set();
});
Thread th2 = new Thread(() =>
{// 等待第一阶段完成evt1.WaitOne();Console.WriteLine("正在进行第二阶段……");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine("第二阶段处理完成！");// 发出信号evt2.Set();
});
Thread th3 = new Thread(() =>
{// 等待第二阶段完成evt2.WaitOne();Console.WriteLine("正在进行第三阶段……");Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine("第三阶段处理完成！");// 发送信号evt3.Set();
});

步骤4：依次启动三个线程。

th1.Start();
th2.Start();
th3.Start();

步骤5：主线程等待最后一个阶段完成（即收到 evt3 发送的信号）才能继续执行。

evt3.WaitOne();
Console.WriteLine("\n已完成所有操作。");

步骤6：运行应用程序项目，结果如下。

多个线程同时写一个文件

【导语】

作为公共基础类，WaitHandle 类公开了三个比较实用的静态方法：

（1）WaitAny：调用此方法后，当前线程将被阻止。如果指定的事件具体数组中有任意一个事件发出信号，则此方法将返回数组中发出信号的事件句柄的索引，并结束等待。

（2）WaitAll：在指定的事件句柄数组中，必须当所有事件句柄都发出信号后，才会结束等待。

（3）SignalAndWait：可以直接切换两个事件句柄的状态。

本实例演示了 WaitAll 方法的使用。实例的任务是把 9 个字节写入到文件中。这个过程是通过 3 个线程来完成的，并且这些线程的执行是无序的。为了保证 9 字节能按照原有的顺序写入，可以将这些序列进行“分段”，即：第一个线程写入第1、2、3字节，第二个线程写入第4、5、6字节，第三个线程写入第7、8、9字节。每个线程只负责写自己改写入的位置，就算 3 个线程是无序执行的，最终也不会破坏原来字节的顺序。各个线程对应着一个事件句柄（本实例使用 AutoResetEvent 类），只要线程完成自己该做的任务后，就通知对应的事件句柄发出信号。主线程将通过 WaitHandle 类的 WaitAll 方法等待所有线程执行完成。

【操作流程】

步骤1：新建控制台应用程序项目。

步骤2：在 Program 类中声明两个只读的字段，位了便于在 Main 方法中使用，可以声明为静态字段。这两个字段分别是要输出的文件名称和一个字节数组（包含要写入文件的 9 个字节）。

// 文件名
static readonly string FileName = "demoFile.data";
// 要写入文件的 9 个字节
static readonly byte[] orgBuffer =
{0x0C, 0x10, 0x02,0xE3, 0x71, 0xA2,0x13, 0xB8, 0x06
};

步骤3：在 Program 类中声明一个静态字段———— AutoResetEvent 数组，它将包含 3 个元素，可以作为与执行线程相对应的事件句柄。

 static AutoResetEvent[] writtenEvents = {new AutoResetEvent(false),new AutoResetEvent(false),new AutoResetEvent(false)
};

步骤4：启动 3 个新线程，每个线程负责写 3 字节。

for (int n = 0; n < 3; n++)
{Thread th = new Thread((p) =>{// 先把要写的字节复制出来int currentCount = Convert.ToInt32(p);int copyIndex = currentCount * 3;byte[] tmpBuffer = new byte[3];Array.Copy(orgBuffer, copyIndex, tmpBuffer, 0, 3);// 打开文件流using (FileStream fs = new FileStream(FileName, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write, FileShare.Write)){// 定位流的当前位置fs.Seek(copyIndex, SeekOrigin.Begin);// 写入数据fs.Write(tmpBuffer, 0, tmpBuffer.Length);}// 发出信号writtenEvents[currentCount].Set();});// 标识为后台线程th.IsBackground = true;// 启动线程th.Start(n);
}

注意：由于多个线程同时写入一个文件，因此创建 FileStream 实例时，必须指定一个有效的 FileShare 枚举值，本例中应为 Write。指定此参数的目的是允许多个线程同时写一个文件，否则会发生报错。

步骤5：在主线程中，调用 WaitAll 方法等待所有事件句柄发出的信号。传递给方法的参数就是前面声明的 AutoResetEvent 数组。

Console.WriteLine("等待所有线程完成文件写入……");
WaitHandle.WaitAll(writtenEvents);
Console.WriteLine("文件写入完成。");

步骤6：为了验证 9 字节是否正确的写入文件，在写入完成后再读出文件中的字节。

using (FileStream fsin = new FileStream(FileName, FileMode.Open))
{byte[] buffer = new byte[fsin.Length];fsin.Read(buffer, 0, buffer.Length);Console.WriteLine($"从文件读出来的字节：\n{BitConverter.ToString(buffer)}");
}

步骤7：运行应用程序项目，结果如下。

可以对比两次输出的字节数组，如果相同，说明 3 个线程已经把字节序列正确的写入文件。

串联并行任务

【导语】

在一些复杂的处理逻辑中，经常会执行多个并行任务，并且这些任务都需要按照一定的顺序执行，在这种情况下，把并行任务进行串联比等待事件句柄信号更简单。

Task 类公开 ContinueWith 实例方法，调用该方法后，会将当前任务与下一个要执行的任务串联，当前任务执行完成后就启动下一个任务。ContinueWith 方法返回 Task 实例，即串联执行的新任务，并且 ContinueWith 方法可以连续调用，例如以下形式。

myTask.ContinueWith(...).ContinueWith(...).ContinueWith(...)...;

本实例将演示通过三个 Task 进行加法运算，第一个 Task 返回整数值 10，第二个 Task 在第一个 Task 返回值的基础上再加上 15 并返回，第三个 Task 在第二个 Task 所返回的结果上再加上 20 并返回计算结。这三个 Task 必须按照顺序执行，因此应该调用 ContinueWith 方法进行串联。

【操作流程】

步骤1：新建控制台应用程序项目。

步骤2：串联执行三个并行任务，最终返回给 task 变量的是最后执行的 Task 所返回的结果。

Task<int> task = Task.Run(() => 10) //返回 10.ContinueWith(lasttask => lasttask.Result + 15) // 返回 25.ContinueWith(lasttask => lasttask.Result + 20); // 返回 45

步骤3：等待并非任务完成。

task.Wait();

步骤4：运行应用程序项目，得到以下结果。

计算结果：45

使用Parallel类执行并行操作

【导语】

Parallel 类是一个轻量级的并行操作执行类，注意用于基于 for 或 foreach 循环的并行代码上，该类会充分调配处理器的资源来运行循环，提升性能。

本实例将使用 Parallel 类启动并行的 foreach 循环来向文件写入数据，每一轮循环负责写入一个文件。

【操作流程】

步骤1：新建控制台应用程序项目。

步骤2：创建一个字符串数组实例，包含要创建的文件名称列表。

string[] fileNames =
{"demo_1_dx", "demo_2_dx", "demo_3_dx", "demo_4_dx","demo_5_dx", "demo_6_dx", "demo_7_dx", "demo_8_dx"
};

步骤3：调用 Parallel.ForEach 方法循环写入文件，文件长度以及字节序列均随机产生。

Random rand = new Random();
Parallel.ForEach(fileNames, (fn) =>
{int len;byte[] data;lock (rand){// 随机产生文件长度len = rand.Next(100, 90000);data = new byte[len];// 生成随机字节序列rand.NextBytes(data);}using(FileStream fs = new FileStream(fn, FileMode.Create)){fs.Write(data);}Console.WriteLine($"已向文件 {fn} 写入 {data.Length} 字节");
});

步骤4：运行应用程序项目，结果如下。

为每个线程单独分配变量值

【导语】

在某些应用场景下，对于同一个变量，需要允许访问它的各个线程都保留独立的值，即在使用同一个变量的情况下，每个线程可以为该变量分配独立的变量值，这些值只能当前线程中有效。

要实现这样的需求，就要借助 ThreadLocal<T> 类，该类的实例可以在多个线程间共享，并且每个线程可以通过Value属性设置各自的值，线程与线程之间互补干扰。如果需要知道 ThreadLocal 变量被设置过哪些值，可以访问 Values 属性，要是 Values 属性可用，在调用 ThreadLocal 类的构造函数的时候，需要调用带有 trackAllValues 参数（bool 类型）的重载版本，并将 trackAllValues 参数设置为 true。

【操作流程】

步骤1：新建控制台应用程序项目。

步骤2：在 Program 类中声明一个 ThreadLocal<int> 类型的静态字段，并初始化。

static ThreadLocal<int> _localvar = new ThreadLocal<int>(true);

本实例稍后会访问 Values 属性，所有在调用 ThreadLocal 类构造函数时要将 trackAllValues 参数设置为 true。

步骤3：创建三个线程，并在线程所执行的代码上修改 ThreadLocal 实例的 Values 属性。

Thread th1 = new Thread(() =>
{_localvar.Value = 5000;Console.WriteLine($"在 ID 为 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 的线程，本地线程变量的值为：{_localvar.Value}");
});
th1.Start();
Thread th2 = new Thread(() =>
{_localvar.Value = 9000;Console.WriteLine($"在 ID 为 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 的线程，本地线程变量的值为：{_localvar.Value}");
});
th2.Start();
Thread th3 = new Thread(() =>
{_localvar.Value = 7500;Console.WriteLine($"在 ID 为 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 的线程，本地线程变量的值为：{_localvar.Value}");
});
th3.Start();

步骤4：等待三个线程执行完成。

th1.Join();
th2.Join();
th3.Join();

步骤5：此时，在主线程代码中可用访问 Values 的属性，枚举出被设置过的值。

Console.WriteLine("\n设置过的所有值：");
foreach (int n in _localvar.Values)
{Console.Write(" {0}", n);
}

步骤6：运行应用程序项目，结果如下。

保留异步上下文中的本地变量值

【导语】

在基于 Task 的异步等待上下文中，ThreadLocal<T> 类型的本地变量无法发挥作用，请思考以下例子。

ThreadLocal<string> local = new ();
async Task WorkAsync()
{local.Value = "hello";Console.WriteLine("异步等待前:{0}",local.Value);await Task.Delay(500);Console.WriteLine("异步等待后:{0}",local.Value);
}

在进入异步等待前，本地变量将字符串常量赋值为“hello”，随后调用 Delay 方法，并异步等待方法返回。回到当前上下文后，本地变量的值变为默认值（字符串的默认值是 null），也就是说，之前赋值的字符串“hello”以及读不到了。

这是因为基于并行任务的异步上下文是由内部框架自动调度的，异步等待前后，本地变量可能处于不同的线程上，即 await 语句使用前后的代码并不是在同一个线程上，所以在等待方法返回后就取不到本地变量的值了。要解决这个问题，可用 AsyncLocal<T> 类替换 ThreadLocal<T> 类。AsyncLocal<T> 类能够在异步上下文之间保留原有的数据，即使异步等待前后的代码不在同一个线程上，也能够访问之前设置的值。

【操作流程】

步骤1：新建控制台应用程序项目。

步骤2：在 Program 类中声明一个静态字段，类型为 AsyncLocal<string>。

static AsyncLocal<string> local = new AsyncLocal<string>();

步骤3：定义一个异步方法，在方法内调用 Task.Delay 方法，并异步等待方法返回。进入异步等待前，对 local 变量赋值；异步等待返回后，读取 lacal 变量的值。

static async Task RunThisCodeAsync()
{local.Value = "Follow me";Console.WriteLine("异步等待前：{0}", local.Value);await Task.Delay(150);Console.WriteLine("异步等待后：{0}", local.Value);
}

步骤4：在 Main 方法中调用 RunThisCodeAsync 方法。

RunThisCodeAsync().Wait();

步骤5：运行应用程序项目，结果如下。

可以看到，等待之前所赋的值，在异步上下文返回后仍然能顺利的读取。

取消并行任务

【导语】

在实际开发中，经常会遇到在后台使用 Task 执行一些比较耗时代码的情况。处于友好的用户体验考虑，在执行长时间任务的过程中应该向用户返回处理进度；此外，由于运行耗时较长，用户可能不想再继续等待，应该允许用户取消任务。

CancellationTokenSource类提供了取消任务的处理模型，通过 Token 属性可以获得 CancellationToken 结构实例的副本。所有被复制的 CancellationToken 对象都会监听 CancellationTokenSource 实例的状态，一旦 CancellationTokenSource 实例调用了 Cancel 方法，各个 CancellationToken 副本就会收到通知，此时 CancellationToken 对象的 IsCancellationRequested 属性将返回 true。可以通过检查 IsCancellationRequested 属性来判断并行任务是否被取消。

本实例将演示一个累加运算，计算过程用一个异步方法封装。调用方法时，可以传递一个整数值，表示参与累加运算的最大值，计算从 0 开始累加，直到最大值，例如，最大值为 5，那么就计算0+1+2+3+4+5。在程序执行运算的过程中，用户随时可以按下 C 键取消任务。

【操作流程】

步骤1：新建控制台应用程序项目。

步骤2：定义用于执行累加计算的异步方法。

static Task<int> RunAsync(int maxNum, CancellationToken token = default)
{TaskCompletionSource<int> tcl = new TaskCompletionSource<int>();int x = 0;int res = 0;while(x < maxNum){if (token.IsCancellationRequested){break;}res += x;x += 1;Task.Delay(500).Wait();}tcl.SetResult(res);return tcl.Task;
}

taken 参数用于监听任务是否被取消。本方法中使用了 TaskCompletionSource<TResult> 类，这个类可以灵活的设置 Task 的运行结果（通过 SetResult 方法设置），在访问Task属性就能获取要返回的并行任务实例。

步骤3：在 Main 方法中实例化 CancellationTokenSource。

CancellationTokenSource cansrc = new CancellationTokenSource();

步骤4：在调用累加计算的异步方法之前，可以开启一个并行任务，用于判断用户是否按下了 C 键，如果是，就调用 CancellationTokenSource 对象的 Cancel 方法。

Task.Run(() =>
{Console.WriteLine("按 C 键取消任务。");while (true){var info = Console.ReadKey(true);if (info.Key == ConsoleKey.C){cansrc.Cancel();break;}}
});

步骤5：调用异步方法，并等待计算完成。

int result = await RunAsync(200, cansrc.Token);
Console.WriteLine("计算结果：{0}", result);

访问 Token 属性，会复制一份 CancellationToken 实例，并能够监听 Cancel 方法的调用。

步骤6：当不再使用 CancellationTokenSource 对象是，需要将其释放。

cansrc.Dispose();

步骤7：运行应用程序项目，累加计算开始。此过程中如果按下 C 键，任务取消，并把以及完成的部分计算结果返回。

总结

本文到这里就结束了，下一篇将介绍网络编程的知识案例。

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介绍

具体案例

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