深入分析C# Task攻略

什么是C# Task？

C# Task是一种异步编程模型，用于执行长时间运行的计算或I/O操作。Task API提供了执行和计划多个异步操作的方法，例如等待任务完成、等待任意完成，或等待任意取消。Task API是.NET Framework 4.5版本中Task Parallel Library (TPL)的一部分。

如何使用Task？

使用Task，可以将任务定义为一个返回值为TResult类型的异步方法。下面是一个例子：

public async Task<string> DownloadStringFromUrl(string url)
{
  using (var client = new HttpClient())
  {
    return await client.GetStringAsync(url);
  }
}

这个方法返回类型为Task<string>，表示异步执行后会得到一个返回类型为string的结果
async关键词告诉编译器这是一个异步方法
await关键词告诉编译器需要等待GetStringAsync方法执行完成才能继续执行下面的代码

接下来让我们看一下，如何开始一个Task并等待它完成：

var task = DownloadStringFromUrl("https://www.example.com");
var result = await task;

DownloadStringFromUrl方法会异步执行
代码不会阻塞在这里，可以执行其他任务
当Task完成后，await将强制代码等待Task的完成

Task的异常处理

处理Task方法中的异常是很重要的。如果没有适当的异常处理会导致程序崩溃，或者让程序处于死锁状态。下面是一个示例：

public async Task<string> DownloadStringFromUrl(string url)
{
  using (var client = new HttpClient())
  {
    try
    {
      return await client.GetStringAsync(url);
    }
    catch (Exception e)
    {
      return e.Message;
    }
  }
}

在上面的例子中，我们指定了异常类型，以在发生异常（例如无法连接到服务器）时返回异常消息而不是让程序崩溃。

Task取消和超时

Task API提供了取消和超时的功能，以避免长时间运行或长时间等待一个操作的结果。例如，当用户请求取消操作时，可以取消正在执行的Task。下面是执行一个任务时的取消和超时示例：

var cts = new CancellationTokenSource(); // 取消令牌源
var cancellationTask = Task.Factory.StartNew(() =>
{
  while (!cts.Token.IsCancellationRequested) // 防止死循环
  {
    // 执行你的操作
  }
}, cts.Token);

// 如果任务超过1分钟没有完成，就取消任务
if (await Task.WhenAny(cancellationTask, Task.Delay(TimeSpan.FromMinutes(1))) == cancellationTask)
{
  cts.Cancel();
}

CancellationTokenSource用于取消Task
Task.Delay可以设置超时时间
await Task.WhenAny可以等待多个Task中的一个完成，如果cancellationTask先完成，则取消任务

示例1：使用Task下载多个url

public async Task<IEnumerable<string>> DownloadManyUrls(IEnumerable<string> urls, CancellationToken token)
{
  var tasks = urls.Select(url => DownloadStringFromUrl(url, token)); // 创建下载任务
  var results = await Task.WhenAll(tasks); // 等待所有任务完成
  return results;
}

Select方法将每个字符串转换为Task<string>
WhenAll方法等待所有的Task完成，返回所有Task的结果

示例2：发送邮件并处理超时

public async Task SendEmailAsync(MailMessage message, int timeoutSeconds)
{
  using (var smtp = new SmtpClient())
  {
    var completionSource = new TaskCompletionSource<bool>();
    smtp.SendCompleted += (sender, args) =>
    {
      if (args.Cancelled)
      {
        completionSource.SetCanceled();
      }
      else if (args.Error != null)
      {
        completionSource.SetException(args.Error);
      }
      else
      {
        completionSource.SetResult(true);
      }
    };
    await smtp.SendMailAsync(message);
    if (await Task.WhenAny(completionSource.Task, Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(timeoutSeconds))) != completionSource.Task)
    {
      throw new TimeoutException("超时了！");
    }
  }
}

使用TaskCompletionSource将“封闭”的方法（SendCompleted）转换为异步模型
WhenAny等待两个任务中的任何一个完成，如果超时，抛出一个TimeoutException异常

总结

Task是一种强大灵活的C#异步编程模型。通过使用Task API，可以更轻松地管理长时间运行或I/O密集型操作，同时保持代码的简洁性和易于维护性。

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