详解C#异步多线程使用中的常见问题

更新时间：2022年01月05日 11:03:46 作者：菜鸟厚非

本文主要介绍了C#异步多线程使用中的常见问题，文中通过示例代码介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下

异常处理

小伙伴有没有想过，多线程的异常怎么处理，同步方法内的异常处理，想必都非常非常熟悉了。那多线程是什么样的呢，接着我讲解多线程的异常处理

首先，我们定义个任务列表，当 11、12 次的时候，抛出一个异常，最外围使用 try catch 包一下

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    try
    {
        TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
        List<Task> tasks = new List<Task>();
        for (int i = 0; i < 20; i++)
        {
            string name = $"第 {i} 次";

            Action<object> action = t =>
            {
                Thread.Sleep(2 * 1000);
                if (name.ToString().Equals("第 11 次"))
                {
                    throw new Exception($"{t}，执行失败");
                }
                if (name.ToString().Equals("第 12 次"))
                {
                    throw new Exception($"{t}，执行失败");
                }
                Console.WriteLine($"{t}，执行成功");
            };

            tasks.Add(taskFactory.StartNew(action, name));
        }
    }
    catch (AggregateException aex)
    {
        foreach (var item in aex.InnerExceptions)
        {
            Console.WriteLine("Main AggregateException：" + item.Message);
        }
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine("Main Exception：" + ex.Message);
    }

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到 vs 捕获到了异常的代码行，但 catch 并未捕获到异常，这是为什么呢？是因为线程里面的异常被吞掉了，从运行的结果也可以看到，main end 在子线程没有执行任时就已经结束了，那说明 catch 已经执行过去了。

在这里插入图片描述

那有没有办法捕获多线程的异常呢？答案：有的，等待线程完成计算即可

看下面代码，有个特殊的地方 AggregateException.InnerExceptions 专门为多线程准备的，可以查看多线程异常信息

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    try
    {
        TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
        List<Task> tasks = new List<Task>();
        for (int i = 0; i < 20; i++)
        {
            string name = $"第 {i} 次";

            Action<object> action = t =>
            {
                Thread.Sleep(2 * 1000);
                if (name.ToString().Equals("第 11 次"))
                {
                    throw new Exception($"{t}，执行失败");
                }
                if (name.ToString().Equals("第 12 次"))
                {
                    throw new Exception($"{t}，执行失败");
                }
                Console.WriteLine($"{t}，执行成功");
            };

            tasks.Add(taskFactory.StartNew(action, name));
        }

        Task.WaitAll(tasks.ToArray());
    }
    catch (AggregateException aex)
    {
        foreach (var item in aex.InnerExceptions)
        {
            Console.WriteLine("Main AggregateException：" + item.Message);
        }
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine("Main Exception：" + ex.Message);
    }

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动线程，可以看到任务全部执行完毕，且 AggregateException.InnerExceptions 存储了，子线程执行时的异常信息

在这里插入图片描述

但 WaitAll 不好，总不能一直 WaitAll 吧，它会卡界面。并不适用于异步场景对吧，接着来看另外一直解决方案。就是子线程里不允许出现异常，如果有自己处理好，即 try catch 包一下，平时工作中建议这么做。

使用 try catch 将子线程执行的代码包一下，且在 catch 打印错误信息

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    try
    {
        TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
        List<Task> tasks = new List<Task>();
        for (int i = 0; i < 20; i++)
        {
            string name = $"第 {i} 次";

            Action<object> action = t =>
            {
                try
                {
                    Thread.Sleep(2 * 1000);
                    if (name.ToString().Equals("第 11 次"))
                    {
                        throw new Exception($"{t}，执行失败");
                    }
                    if (name.ToString().Equals("第 12 次"))
                    {
                        throw new Exception($"{t}，执行失败");
                    }
                    Console.WriteLine($"{t}，执行成功");
                }
                catch (Exception ex)
                {
					Console.WriteLine(ex.Message);
                }
            };

            tasks.Add(taskFactory.StartNew(action, name));
        }
    }
    catch (AggregateException aex)
    {
        foreach (var item in aex.InnerExceptions)
        {
            Console.WriteLine("Main AggregateException：" + item.Message);
        }
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine("Main Exception：" + ex.Message);
    }

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到任务全部执行，且子线程异常也捕获到

在这里插入图片描述

线程取消

有时候会有这样的场景，多个任务并发执行，如果某个任务失败了，通知其他的任务都停下来。首先打个预防针 Task 在外部无法中止的，Thread.Abort 不靠谱。其实线程取消的这个想法是错误的，线程是 OS 的资源，程序是无法掌控什么时候取消，发出一个动作可能立马取消，也可能等 1 s 取消。

解决方案：线程自己停止自己，定义公共的变量，修改变量状态，其他线程不断检测公共变量

例如：CancellationTokenSource 就是公共变量，初始化为 false 状态，程序执行 CancellationTokenSource .Cancel() 方法会取消，其他线程检测到 CancellationTokenSource .IsCancellationRequested 会是取消状态。CancellationTokenSource.Token 在启动 Task 时传入，如果已经 CancellationTokenSource.Cancel() ，这个任务会放弃启动，抛出一个异常的形式放弃。

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    try
    {
        TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
        List<Task> tasks = new List<Task>();
        CancellationTokenSource cancellationTokenSource = new CancellationTokenSource(); // bool 

        for (int i = 0; i < 20; i++)
        {
            string name = $"第 {i} 次";

            Action<object> action = t =>
            {
                try
                {
                    Thread.Sleep(2 * 1000);
                    if (name.ToString().Equals("第 11 次"))
                    {
                        throw new Exception($"{t}，执行失败");
                    }
                    if (name.ToString().Equals("第 12 次"))
                    {
                        throw new Exception($"{t}，执行失败");
                    }
                    if (cancellationTokenSource.IsCancellationRequested) // 检测信号量
                    {
                        Console.WriteLine($"{t}，放弃执行");
                        return;
                    }
                    Console.WriteLine($"{t}，执行成功");
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    cancellationTokenSource.Cancel();
                    Console.WriteLine(ex.Message);
                }
            };

            tasks.Add(taskFactory.StartNew(action, name,cancellationTokenSource.Token));
        }

        Task.WaitAll(tasks.ToArray());
    }
    catch (AggregateException aex)
    {
        foreach (var item in aex.InnerExceptions)
        {
            Console.WriteLine("Main AggregateException：" + item.Message);
        }
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine("Main Exception：" + ex.Message);
    }

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到 11、12 此任务失败，18、19 放弃了任务执。有的小伙伴疑问了，12 之后的部分为什么执行成功了，因为 CPU 是分时分片的吗，会有延迟，延迟少不了。

在这里插入图片描述

临时变量

首先看个代码，循环 5 次，多线程的方式，依次输出序号

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

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

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，不是我们预期的结果 0、1、2、3、4，为什么是 5 个 5 呢？因为全程只有一个 i ，当主线程执行完毕时 i = 5 ，但子线程可能还没有开始执行任务，轮到子线程取 i 时，已经是主线程 1 循环完毕后的 5 了。

在这里插入图片描述

改造代码：在 for 循环内加一行代码 int k = i，且在子线程用的变量也改为 k

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        int k = i;
        Task.Run(() => {
            Console.WriteLine($"k={k},i={i}");
        });
    }

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到是我们预期的结果 0、1、2、3、4，为什么会这样子呢？因为全程有 5 个 k，每次循环都会创建一个 k 存储当前的 i，不同的子线程使用的也是，每次循环的 i 值。

在这里插入图片描述

线程安全

首先为什么会有线程安全的概念呢？首先我们来看一个正常程序，如下

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    int TotalCount = 0;
    List<int> vs = new List<int>();

    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        TotalCount += 1;
        vs.Add(i);
    }

    Console.WriteLine(TotalCount);
    Console.WriteLine(vs.Count);

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到循环 10000 次，最终的求和与列表里的数据量都是 10000，这是正常的

在这里插入图片描述

接着，将求和与添加列表，换成多线程，等待全部线程完成工作后，打印信息

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    int TotalCount = 0;
    List<int> vs = new List<int>();

    TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
    List<Task> tasks = new List<Task>();

    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        int k = i;
        tasks.Add(taskFactory.StartNew(() =>
        {
            TotalCount += 1;
            vs.Add(i);
        }));
    }

    Task.WaitAll(tasks.ToArray());

    Console.WriteLine(TotalCount);
    Console.WriteLine(vs.Count);

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

启动程序，可以看到，两个结果都不是 10000 呢？这就是线程安全

因为 TotalCount 是个共享的变量，当多个线程去取 TotalCount 进行 +1 后，线程都去放值的时候，后一个线程会替换掉前一个线程放置的值，所以就会形成做最终不是 10000 的结果。列表，可以看做是一个连续的块，当多线程添加的时候，也会进行覆盖。

在这里插入图片描述

如何解决呢？答案：lock、安全队列、拆分合并计算。下面对 lock 进行讲解，安全队列与拆分合并计算，有兴趣的小伙伴可以私下交流

1 .lock
第一种，通过加锁的方式，这种也是日常工作总常用的一种。首先定义个私有的静态引用类型的变量，然后将需要锁的运算放到 lock () 方法内

在 { } 内同一时刻，只有一个线程执行，所以尽可能 {} 放置必要的逻辑运行提高效率。lock 只能锁引用类型，原理是占用这个引用链接。不要用 string 会享元，即如 lock() 是相同的字符串，无论定义多少个变量，其实都是一个。

internal class Program
{
    private static readonly object _lock = new object();

    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

        int TotalCount = 0;
        List<int> vs = new List<int>();

        TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
        List<Task> tasks = new List<Task>();

        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            int k = i;
            tasks.Add(taskFactory.StartNew(() =>
            {
                lock (_lock)
                {
                    TotalCount += 1;
                    vs.Add(i);
                }
            }));
        }

        Task.WaitAll(tasks.ToArray());

        Console.WriteLine(TotalCount);
        Console.WriteLine(vs.Count);

        Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

        Console.ReadLine();
    }
}

启动程序，可以看到，此时在多线程的情况下，最终的结果是正常的

在这里插入图片描述

这段代码，是官方推荐写法 private 防止外面也被引用，static 保证全场唯一

private static readonly object _lock = new object();

扩展：与 lock 等价的有个 Monitor，用法如下

private static object _lock = new object();

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine($"Main Start，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    int TotalCount = 0;
    List<int> vs = new List<int>();

    TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
    List<Task> tasks = new List<Task>();

    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        int k = i;
        tasks.Add(taskFactory.StartNew(() =>
        {
            Monitor.Enter(_lock);
            TotalCount += 1;
            vs.Add(i);
            Monitor.Exit(_lock);
        }));
    }

    Task.WaitAll(tasks.ToArray());

    Console.WriteLine(TotalCount);
    Console.WriteLine(vs.Count);

    Console.WriteLine($"Main End，ThreadId：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}，Datetime：{DateTime.Now.ToLongTimeString()}");

    Console.ReadLine();
}

在这里插入图片描述

到此这篇关于详解C#异步多线程使用中的常见问题的文章就介绍到这了,更多相关C#异步多线程内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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