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玩轉C#之【執行序-執行緒安全】

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一代軍師

2022/09/27閱讀時間約 33 分鐘

介紹

委派的非同步方法

可以透過BeginInvoke執行委派的非同步方法

Action<T>.BeginInvoke(<T> obj,AsyncCallback callback,Object @object)

第一個內容的 obj，只的是要傳入acction委派的參數
第二個AsyncCallback，是當Action內容執行完後下一段要執行的程式碼
第三個參數可以讓第二個參數AsyncCallback透過ia.AsyncState讀取到

Action<string> acction = this.doSomething;           
   AsyncCallback callback = ia => Console.WriteLine($"到這計算完成");
   acction.BeginInvoke("btnAsync", callback, null);

執行緒等待

//判斷IsCompleted狀態是否結束 如果還沒就讓主執行緒睡覺
            while (!asyncResult.IsCompleted)
            {
                Thread.Sleep(200);
            }
            asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();//等待任務完成
            asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(-1);//等待任務完成
            asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(100);//等待任務完成，但最多等待100ms
            acction.EndInvoke(asyncResult);//等待任務完成,可以取得委派的返回數值

EndInvoke 示範 (主動使用EndInvoke，可以線呈更好的重用)

Func<int> fuck = () =>
            {
                Thread.Sleep(2000);
                return DateTime.Now.Day;
            };
            Console.WriteLine($"func.Invoke() ={fuck.Invoke()}");
            IAsyncResult asyncResult1 = fuck.BeginInvoke(
                r =>
                {
                    Console.WriteLine(r.AsyncState);
                }, "冰封的心");
            Console.WriteLine($"func.EndInvoke(asyncResult1) = {fuck.EndInvoke(asyncResult1)}");

Task

3.0 Task 是基於ThreadPool Task增加了多個API

執行方式

Task.Run

Task.Run(() => this.doSomething("task1"));

Task工廠模式版本

TaskFactory taskFactory = Task.Factory;//4.0
    taskFactory.StartNew(() => this.doSomething("task3"));

Task.Start

new Task(() => this.doSomething("task5")).Start();

Task阻塞

主程序的情況

List<Task> taskList = new List<Task>();
taskList.Add(Task.Run(() => this.doSomething("01")));
taskList.Add(Task.Run(() => this.doSomething("02")));
taskList.Add(Task.Run(() => this.doSomething("03")));
taskList.Add(Task.Run(() => this.doSomething("04")));

會卡介面的方式

WaitAny 方法會判斷 taskList中如果有其中一個執行緒結束，就會往下執行下面的程式
WaitAll 方法會判斷 taskList中全部的執行緒結束，才會往下執行下面的程式

//阻塞 等者某個任務完成後才會往下進行
Task.WaitAny(taskList.ToArray());//卡介面
//阻塞 等者全部任務完成後才會往下進行
Task.WaitAll(taskList.ToArray());//卡介面

不會卡介面的方式

WhenXXX.ContinueWith 的方式會在創造一條子執行緒，等待條件結束會在執行，
ContinueWith裡面的內容

Task.WhenAny(taskList.ToArray()).ContinueWith(t =>
{
    Console.WriteLine($"哈哈哈哈：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
});

Task.WhenAll(taskList.ToArray()).ContinueWith(t =>
{
    Console.WriteLine($"部屬環境，測試完成  執行緒：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
});

執行緒等待的方式 Sleep & Delay

Thread.Sleep 會卡介面

當前執行緒等待XX秒

Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
stopwatch.Start();
Thread.Sleep(2000);
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine(stopwatch.ElapsedMilliseconds);

Task.Delay 延遲不會卡介面

使用做法

Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
stopwatch.Start();
Task.Delay(2000).ContinueWith(t =>
{
   stopwatch.Stop();
   Console.WriteLine(stopwatch.ElapsedMilliseconds);
});

類似的功能

Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
stopwatch.Start();
Task.Run(() =>
{
  Thread.Sleep(2000);
  stopwatch.Stop();
  Console.WriteLine(stopwatch.ElapsedMilliseconds);
});

Parallel

並行線程在Task的基礎上做了封裝 4.5
Parallel 卡介面主線程參與計算，節約了一個線程

執行方法

第一種

Parallel.Invoke(() => this.doSomething("test1"),
                            () => this.doSomething("test1"),
                            () => this.doSomething("test1"));

第二種

Parallel.For(0, 5, i => this.doSomething("第"+i));

第三種

Parallel.ForEach(new string[] { "1", "2", "3", "4", "5" },i =>this.doSomething(i));

設定最多執行緒數量

ParallelOptions parallelOptions = new ParallelOptions();
parallelOptions.MaxDegreeOfParallelism = 3;
Parallel.For(0, 5, i => this.doSomething("第" + i));

Break =>類似conntinue，Stop=> 類似break;

//Break  Stop  都不推荐用
ParallelOptions parallelOptions = new ParallelOptions();
parallelOptions.MaxDegreeOfParallelism = 3;
Parallel.For(0, 100, parallelOptions, (i, state) =>
{
    if (i == 2)
    {
        Console.WriteLine("Break，當前線呈結束");
        state.Break();//當前線呈結束
        return;//必须带上，才會釋放資源
    }
    if (i == 30)
    {
        Console.WriteLine("線呈Stop，結束");
        state.Stop();//结束Parallel
        return;//必须带上，才會釋放資源
    }
    this.Coding("當前參數", "Client" + i);
});

目前測試Break && Stop 看不出效果
Break 實際上結束了當前這個線呈，如果是主現成等於Parallel都結束了

ParallelOptions parallelOptions = new ParallelOptions();
	parallelOptions.MaxDegreeOfParallelism = 1;
	Parallel.For(1, 100, (i, ParallelLoopState) =>
	{
		Console.WriteLine($"開始 i => {i} 主要執行續 => {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");

		if (i == 5)
		{
			Console.WriteLine($"掰掰 i => {i} 主要執行續 => {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
			// 跳出當前執行單元
			ParallelLoopState.Stop();
			return;//不加return，可能會發生該程序資源未釋放。
		}
		Console.WriteLine($"結束 i => {i} 主要執行續 => {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
	});

例外(異常)處理

TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
List<Task> taskList = new List<Task>();
try
{
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        string name = string.Format($"btnThreadCore_Click_{i}");
        Action<object> act = t =>
        {

            Thread.Sleep(2000);
            if (t.ToString().Equals("btnThreadCore_Click_11"))
            {
                throw new Exception(string.Format($"{t} 执行失败"));
            }
            if (t.ToString().Equals("btnThreadCore_Click_12"))
            {
                throw new Exception(string.Format($"{t} 执行失败"));
            }
            Console.WriteLine("{0} 执行成功", t);


        };
        taskList.Add(taskFactory.StartNew(act, name));
	}
}
catch (AggregateException aex)
{
    foreach (var item in aex.InnerExceptions)
    {
        Console.WriteLine(item.Message);
    }
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
}

雖然在多執行緒，外包try catch卻捕捉不到例外
📷

執行緒裡面的異常會被吞掉，因為已經郭離try catch的範圍了使用waitAll 可以抓到多線呈裡面裡面的全部異常

TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
	List<Task> taskList = new List<Task>();
	try
	{
		for (int i = 0; i < 20; i++)
		{
			string name = string.Format($"btnThreadCore_Click_{i}");
			Action<object> act = t =>
			{

				Thread.Sleep(2000);
				if (t.ToString().Equals("btnThreadCore_Click_11"))
				{
					throw new Exception(string.Format($"{t} 執行失敗"));
				}
				if (t.ToString().Equals("btnThreadCore_Click_12"))
				{
					throw new Exception(string.Format($"{t} 執行失敗"));
				}
				Console.WriteLine("{0} 執行成功", t);


			};
			taskList.Add(taskFactory.StartNew(act, name));
		}
		Task.WaitAll(taskList.ToArray());
	}
	catch (AggregateException aex)
	{
		foreach (var item in aex.InnerExceptions)
		{
			Console.WriteLine(item.Message);
		}
	}
	catch (Exception ex)
	{
		Console.WriteLine(ex.Message);
	}

必須使用waitAll，才捕捉的到Exception，but會導致卡畫面使用者體驗上會有等待的感覺
📷

建議執行緒裡面的action不允許出現Exception，自己處理好

for (int i = 0; i < 20; i++)
                {
                    string name = string.Format($"btnThreadCore_Click_{i}");
                    Action<object> act = t =>
                    {
                        try
                        {
                            Thread.Sleep(2000);
                            if (t.ToString().Equals("btnThreadCore_Click_11"))
                            {
                                throw new Exception(string.Format($"{t} 执行失败"));
                            }
                            if (t.ToString().Equals("btnThreadCore_Click_12"))
                            {
                                throw new Exception(string.Format($"{t} 执行失败"));
                            }
                            Console.WriteLine("{0} 执行成功", t);
                        }
                        catch (Exception ex)
                        {
                            Console.WriteLine($"Exception:{ex.Message}");
                        }
                    };
                    taskList.Add(taskFactory.StartNew(act, name));
                }
                Task.WaitAll(taskList.ToArray());

執行續取消

可以透過CancellationTokenSource類別實作

//多个线程并发，某个失败后，希望通知别的线程，都停下来
//task是外部无法中止，Thread.Abort不靠谱，因为线程是OS的资源，无法掌控啥时候取消
//线程自己停止自己--公共的访问变量--修改它---线程不断的检测它(延迟少不了)
//CancellationTokenSource去标志任务是否取消  Cancel取消   IsCancellationRequested  是否已经取消了
//Token 启动Task的时候传入，那么如果Cancel了，这个任务会放弃启动，抛出一个异常

CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();//bool值 //bool flag = true;
for (int i = 0; i < 40; i++)
{
    string name = string.Format("btnThreadCore_Click{0}", i);
    Action<object> act = t =>
    {
        try
        {
            //if (cts.IsCancellationRequested)
            //{
            //    Console.WriteLine("{0} 取消一个任务的执行", t);
            //}
            Thread.Sleep(2000);
            if (t.ToString().Equals("btnThreadCore_Click11"))
            {
                throw new Exception(string.Format("{0} 执行失败", t));
            }
            if (t.ToString().Equals("btnThreadCore_Click12"))
            {
                throw new Exception(string.Format("{0} 执行失败", t));
            }
            if (cts.IsCancellationRequested)//检查信号量
            {
                Console.WriteLine("{0} 放弃执行", t);
                                return;
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("{0} 执行成功", t);
            }
        }
        catch (Exception ex)
        {
            cts.Cancel();
            Console.WriteLine(ex.Message);
        }
    };
    taskList.Add(taskFactory.StartNew(act, name, cts.Token));
}
Task.WaitAll(taskList.ToArray());

📷
在這裡 (1) 的cts因為一開始輸入參數為false 所以會跳出exception 被(2) 捕捉到，因此才會印出工作已取消。

線呈臨時變數

因為i是全域變數，所以最後印出來的結果會是i = 5;
input:

for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    Task.Run(() =>
    {
        Thread.Sleep(100);
        Console.WriteLine(i);
    });
}

output:

修正方式:

i最后是5 全程就只有一个i 等着打印的时候，i == 5
k 全程有5个k 分别是0 1 2 3 4
如果k在外面宣告全程就只有一个k，等着打印的时候，k == 4

for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    int k = i;
    Task.Run(() =>
    {
        Thread.Sleep(100);
        Console.WriteLine(k);
    });
}

執行緒安全 lock

容易造成資料錯誤的原因:

共用的變數：都能共同訪問的區域變數/全域變數/數據庫的一個值/硬碟文件

執行緒内部不共享的是安全

範例:

int TotalCountIn = 0;
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		TotalCountIn++;
	}
	Console.WriteLine($"TotalCountIn = {TotalCountIn}");

輸出結果會是:

TotalCountIn = 10000

如果改成用多執行緒的方式

int TotalCountIn = 0;
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		Task.Run(() => 
		{
			TotalCountIn++;
		});
	}
	Console.WriteLine($"TotalCountIn = {TotalCountIn}");

輸出結果會是:

TotalCountIn = 8972

為什麼會出現這樣的情況呢?
📷

解法1

private 防止外面也去lock static 全场唯一 readonly不要改动 object表示引用

微軟推薦的方式 =>將要鎖住的內容包在lock裡面

private static readonly object btnThreadCore_Click_Lock = new object();
lock (btnThreadCore_Click_Lock)
{

}

範例:

private static readonly object btnThreadCore_Click_Lock = new object();
void Main()
{
	List<Task> taskList = new List<Task>();
	int TotalCountIn = 0;
	List<int> IntList = new List<int>();
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		int newI = i;
		taskList.Add(Task.Run(() =>
		{		
			lock(btnThreadCore_Click_Lock) 
			{
			   TotalCountIn+=1;
			   IntList.Add(newI);
			}
		}));
	}
	Task.WaitAll(taskList.ToArray());
	Console.WriteLine($"TotalCountIn = {TotalCountIn}");
	Console.WriteLine("IntList 總數量為 = " + IntList.Count());
}

輸出結果:

TotalCountIn = 10000
IntList 總數量為 = 10000

在這裡需要加上Task.WaitAll(taskList.ToArray()); 確保所有執行緒都執行完成，這樣顯示的結果才會是正確的

解法2 lock(this)

this form1的實體每次實體化是不同的鎖，同一個實體是相同的鎖
但是這個實體別人也能訪問到，別人也能鎖住

lock(this)
{

}

範例:

void Main()
{
	List<Task> taskList = new List<Task>();
	int TotalCountIn = 0;
	List<int> IntList = new List<int>();
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		int newI = i;
		taskList.Add(Task.Run(() =>
		{		
			lock(this) 
			{
			   TotalCountIn+=1;
			   IntList.Add(newI);
			}
		}));
	}
	Task.WaitAll(taskList.ToArray());
	Console.WriteLine($"TotalCountIn = {TotalCountIn}");
	Console.WriteLine("IntList 總數量為 = " + IntList.Count());
}

解法3 Monitor

將程式包在Monitor裡面就跟lock一樣

Monitor.Enter(btnThreadCore_Click_Lock);
            
要執行的程式
            
Monitor.Exit(btnThreadCore_Click_Lock);

範例:

private static readonly object btnThreadCore_Click_Lock = new object();
void Main()
{
	List<Task> taskList = new List<Task>();
	int TotalCountIn = 0;
	List<int> IntList = new List<int>();
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		int newI = i;
		taskList.Add(Task.Run(() =>
		{		
			Monitor.Enter(btnThreadCore_Click_Lock);
			TotalCountIn+=1;
			IntList.Add(newI);
			Monitor.Exit(btnThreadCore_Click_Lock);
		}));
	}
	Task.WaitAll(taskList.ToArray());
	Console.WriteLine($"TotalCountIn = {TotalCountIn}");
	Console.WriteLine("IntList 總數量為 = " + IntList.Count());
}

解法4

使用安全對列 ConcurrentQueue 一個執行緒去完成操作

注意:

值類型不行lock

int m = 3 + 2;
lock (m) { }//值類型不能lock

只能鎖引用類型,占用這個引用鏈結不要用string 因為享元

string teacher = "Eleven";
string teacherVip = "Eleven";
lock (teacher)
{
}
lock (teacherVip)
{
}

結論

lock 解决，因为只有一个线程可以进去，没有并发，所以解决了问题但是牺牲了性能，所以要尽量缩小lock的范围

不要衝突--數據拆分，避免衝突

參考資料

C# 開發實戰：非同步程式開發技巧

本篇已同步發表至個人部落格
https://moushih.com/2022ithome20/

鐵人賽文章

https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10292661

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