System.Threading.Tasks?是 .NET 中任務并行庫(Task Parallel Library, TPL)的核心組件，它提供了基于任務的異步編程模型，是現代 .NET 并發編程的基礎。
設計原理
1. 核心目標
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抽象并發工作：將并發操作抽象為"任務"概念
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資源高效利用：自動管理線程池資源
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組合性：支持任務鏈式操作和組合
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取消支持：內置取消操作機制
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狀態跟蹤：提供任務生命周期管理
2. 關鍵組件
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Task/Task<T>：表示異步操作的核心類
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TaskScheduler：控制任務如何、何時被執行
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TaskFactory：提供創建和啟動任務的便捷方法
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CancellationToken：任務取消機制
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TaskCompletionSource：手動控制任務生命周期
3. 架構層次
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用戶層：開發者直接使用的Task API
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調度層：TaskScheduler管理任務執行
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線程池層：實際執行工作的底層線程池
典型用法示例
示例1：基礎異步任務
// 創建并運行簡單任務
Task.Run(() =>
{Console.WriteLine("任務在后臺線程執行");Thread.Sleep(1000); // 模擬工作Console.WriteLine("任務完成");
});// 帶返回值的任務
Task<int> calculateTask = Task.Run(() =>
{Thread.Sleep(500);return 42; // 計算結果
});// 等待任務完成并獲取結果
int result = await calculateTask;
Console.WriteLine($"計算結果: {result}");應用場景：CPU密集型后臺計算，不阻塞UI線程。
示例2：任務組合與延續
// 創建三個任務
Task<string> task1 = Task.Run(() => "Hello");
Task<string> task2 = Task.Run(() => "World");
Task<int> task3 = Task.Run(() => 2023);// 等待所有任務完成
await Task.WhenAll(task1, task2, task3);// 使用結果組合輸出
Console.WriteLine($"{task1.Result} {task2.Result} {task3.Result}");// 任務延續
Task continuation = task1.ContinueWith(t =>
{Console.WriteLine($"前一個任務的結果: {t.Result}");
}, TaskContinuationOptions.OnlyOnRanToCompletion);應用場景：并行執行多個獨立操作，然后合并結果或執行后續操作。
示例3：高級任務控制
// 使用TaskCompletionSource手動控制任務
var tcs = new TaskCompletionSource<string>();// 模擬異步回調
Timer timer = new Timer(_ =>
{try{// 模擬工作string result = DateTime.Now.ToString();tcs.SetResult(result); // 手動完成任務}catch (Exception ex){tcs.SetException(ex); // 手動設置異常}
}, null, 1000, Timeout.Infinite);// 等待任務完成
try
{string timeString = await tcs.Task;Console.WriteLine($"當前時間: {timeString}");
}
catch (Exception ex)
{Console.WriteLine($"任務失敗: {ex.Message}");
}應用場景：將基于回調的異步API轉換為基于任務的異步模式(TAP)。
示例4：取消任務
var cts = new CancellationTokenSource();
CancellationToken token = cts.Token;// 創建可取消的任務
Task longRunningTask = Task.Run(() =>
{for (int i = 0; i < 100; i++){token.ThrowIfCancellationRequested(); // 檢查取消請求Thread.Sleep(100); // 模擬工作Console.WriteLine($"進度: {i}%");}
}, token);// 3秒后取消任務
cts.CancelAfter(3000);try
{await longRunningTask;
}
catch (OperationCanceledException)
{Console.WriteLine("任務被取消");
}應用場景：長時間運行的操作需要提供取消功能。
核心概念深入
1. 任務狀態機
任務有以下幾種狀態：
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Created：已創建但未調度 -
WaitingForActivation：等待激活 -
WaitingToRun：已調度但未開始執行 -
Running：正在執行 -
WaitingForChildrenToComplete：等待子任務完成 -
RanToCompletion：成功完成 -
Canceled：被取消 -
Faulted：因異常失敗
2. 任務調度策略
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線程池調度器：默認調度器，使用線程池線程
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同步上下文調度器：在特定同步上下文(如UI線程)執行
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自定義調度器：可繼承TaskScheduler實現特殊調度邏輯
3. 異常處理
任務中的異常會被捕獲并存儲在?Task.Exception?屬性中，當等待任務或訪問Result屬性時，這些異常會被重新拋出。
Task faultyTask = Task.Run(() => throw new InvalidOperationException("出錯了"));try
{await faultyTask;
}
catch (InvalidOperationException ex)
{Console.WriteLine($"捕獲到異常: {ex.Message}");
}最佳實踐
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避免Task.Wait和Task.Result：可能導致死鎖，優先使用await
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合理使用ConfigureAwait：庫代碼應使用ConfigureAwait(false)
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注意任務生命周期：長時間運行的任務應考慮取消支持
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避免過度并行化：太多并行任務會導致線程池饑餓
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正確處理異常：確保所有任務異常都被處理
性能考慮
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任務創建開銷：輕量級但非零成本，高頻場景考慮對象池
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線程池壓力：大量短任務可能導致線程池頻繁調整
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同步上下文：不必要地回到原始上下文會影響性能
System.Threading.Tasks?提供了強大而靈活的并發編程模型，是現代 .NET 應用程序中處理異步和并行操作的首選方式。
