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C#多线程编程(4)--异常处理+前三篇的总结


  本来是打算讲并行For和PLINQ的,但是我感觉前三篇我没有讲得很清晰。之前一直在看《CLR via C#》(后文简称CLR)的多线程部分,其中有些部分不是很明白,今天翻开《果壳中的C#》(后文简称果壳),看了下多线程部分,发现这本书讲的内容虽然很少,但是提纲挈领,把我之前读CLR中的知识点都串了起来。之前讲关键字async,await时,提到了状态机。其实,await会被编译成awaiter.GetAwaiter()方法,以及之后的委托,果壳中有很简单的例子来讲解,让我茅塞顿开,还有其他的部分也是这样。因此我决定写个总结,就是把之前我讲的我认为还没讲透的地方换种方式再讲一遍,目的是让大家,也是我自己真正的明白多线程的工作原理以及如何更好的使用异步。

  在总结之前,我要先介绍一下多线程的异常处理。多线程的异常处理分两种:非池化线程(自己new出来的线程)和池化线程(调用Task)。我们先来看一个非池化的例子。

static void Main(string[] args)
{
    try
    {
        Go();
    }
    catch (NullReferenceException exception)
    {
        //代码永远执行不到这里
    }
}
static void Go()
{
    new Thread(() =>{
        Thread.Sleep(1000);
        throw new NullReferenceException();
    }).Start();
}

上述代码中,程序永远不会执行到catch里,因为当前try catch只能捕获到主线程中的异常,无法捕获其他线程中的异常。处理办法是将异常处理部分放到Go()函数中。

在池化线程中,任务中抛出的异常都会被捕获,并收集到AggregateException中,例子如下

static void Main(string[] args)
{
    Go();
    Console.ReadLine();
}
static void Go()
{
    try { Task.Run(() => throw new NullReferenceException()).Wait(); }
    catch (AggregateException ex){
        if (ex.InnerException is NullReferenceException)
            Console.WriteLine("捕获异常");
    }
}

若你用的是vs2013或者更低版本,当运行这段代码时,会弹出异常提示,再次点击运行,就能看到“捕获异常”,vs2015和vs2017则不需要,这是因为VS将遇到的异常弹出,是为了方便调试。这个例子可以看到任务中抛出了NullReferenceException异常,并在catch块中捕获了该异常。可以注意到异常的类型是AggregateException,当任务中抛出了多个异常,会存放在InnerExceptions中,这个和InnerException不同,这是一个只读集合,里面存放的是全部的异常。上述代码中,若不显示调用wait()方法,则不会捕获到异常。只有等待任务,或者尝试获取任务的返回值时,线程池才会抛出异常列表中的第一个异常。

接下来是总结,说是总结,其实是将前面未讲透的知识点仔细讲解一下。

先说一下async和await关键字。

static void Main(string[] args){
    GoAsync();
    Console.WriteLine("异步运行");
    Console.ReadLine();
}
static async void GoAsync(){    
    await Task.Run(() => {
        //模拟其他任务
        Thread.Sleep(2000); });
    Console.WriteLine("任务结束");
}

可以看到程序运行了GoAsync()后,直接打印出了“异步运行”四个字,然后过了大约2秒才打印出任务结束。这表明GoAsync方法为异步方法,它不会阻塞线程,就是程序在执行到该函数后,不需要等待该方法结束,而是直接继续执行下一行代码。可以注意到GoAsync()方法标有async,且在Task.Run前添加了await关键字,这表明程序会等待Task任务,知道该任务结束后,才会继续执行。其实,这段代码会被编译器翻译成大概下面代码的样子(我省略了绝大部分代码,只保留关键的部分,若有兴趣,可以将该段代码编译后,调用IL反编译器,查看编译器真正的编译结果)。

static void Main(string[] args){
    GoAsync();
    Console.WriteLine("异步运行");
    Console.ReadLine();
}
static void GoAsync(){            
    var awaiter = Task.Run(() => {
        //模拟其他任务
        Thread.Sleep(2000); }).GetAwaiter();
    awaiter.OnCompleted(() => Console.WriteLine("任务结束"));
}

调用await关键字,相当于在此处获取该任务的awaiter,该awaiter在任务结束后,会调用传入到OnCompleted方法中的委托。可以看到上述的写法没有async和await关键字优美,且没有办法标识GoAsync()方法为异步,只能以名字区分。async关键字能够很清晰的表明该方法是异步方法,且await用法简单,只要放在想要等待的任务前面就可以了,编译器会把await关键后面的部分放入到awaiter.OnCompleted()里面,等到任务结束后再开始执行。

下面来介绍下TaskCompletionSource,该类型是用来实现线程的返回值问题的。TaskCompleteSource的结构大概是这样的:

public class TaskCompletionSource<TResult>{
    public void SetResult(TResult result);
    public void SetException(Exception ex);
    public void SetCancel();
    public bool TrySetException(Exception ex);
    ...
}

每个Set方法都只能调用一次,再次调用会抛出异常,而Try方法会返回false。

下面就利用TaskCompletionSource来实现我们自己的Run()方法:

static void Main(string[] args)
{
    GoAsync();
    Console.WriteLine("异步运行");
    Console.ReadLine();
}
static async void GoAsync()
{
    var t = await Run(() =>
    {
        //模拟其他任务
        Thread.Sleep(2000);
        return "任务完成";
    });
    Console.WriteLine(t);
}
//自己的Run方法
static Task<TResult> Run<TResult>(Func<TResult> func)
{
    var tcs = new TaskCompletionSource<TResult>();
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(t =>
    {
        try
        {
            tcs.SetResult(func());
        }
        catch (Exception ex)
        {
            tcs.SetException(ex);
        }
    }, null);
    return tcs.Task;
}

可以看到,Run()方法中,通过tcs.setResult()方法,成功的将返回值抛了出来,并返回了含有结果的Task。该段代码和上面的调用Task.Run的GoAsync()方法一样。也可以使用TaskCompletionSource加上定时器来实现Task.Delay()方法,而不用显式调用线程。该方法的实现就留给读者自行完成。

以上,本文介绍了多线程中异常的捕获和处理,其中分为非池化线程和池化线程两种,其中非池化的异常处理要放在待执行的方法中,而池化线程可以通过调用Result或者await来将异常统一存放到AggregateException中统一处理。然后我针对前面三篇文章中没有讲透的点重新讲解了一下。包括await关键字的机制,编译器是通过Awaiter.OnComplete来实现的。之后是TaskCompletionSource,该类型是用来实现线程的返回值问题的,也讲解了如何实现自己的Task.Run()方法。并给读者留了一个用TaskCompletionSource和定时器来实现Task.Delay()的练手题。

欢迎大家在我的评论区与我交流。

 

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发布时间:2018-12-11 03:30:04

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编辑:海密


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