【C#】掌握并發利器：深入理解 .NET 中的 Task.WhenAll

在現代 .NET 應用程序開發中，異步編程（Asynchronous Programming）已成為提升性能、改善響應能力和充分利用多核處理器的關鍵技術。async 和 await 關鍵字極大地簡化了異步代碼的編寫，而 Task 類則是這一模型的核心。在處理多個并發操作時，Task.WhenAll 方法是一個強大且常用的工具。本文將深入探討 Task.WhenAll 的工作原理、使用場景、最佳實踐以及需要注意的陷阱。

什么是 `Task.WhenAll`？

Task.WhenAll 是 Task 類提供的一個靜態方法，用于等待多個任務（Task 或 Task<T>）全部完成。它接收一個任務集合（如 IEnumerable<Task> 或 Task[]），并返回一個新的 Task 或 Task<TResult[]>。當傳入的任務全部成功完成時，返回的任務才會完成。如果其中任何一個任務因異常而失敗，返回的任務也會以異常狀態完成。

基本語法

// 等待多個無返回值的任務完成
Task WhenAll(params Task[] tasks);
Task WhenAll(IEnumerable<Task> tasks);// 等待多個有返回值的任務完成
Task<TResult[]> WhenAll<TResult>(params Task<TResult>[] tasks);
Task<TResult[]> WhenAll<TResult>(IEnumerable<Task<TResult>> tasks);

為什么需要 `Task.WhenAll`？

在沒有 Task.WhenAll 的情況下，我們可能會這樣處理多個異步操作：

// ? 錯誤方式：順序執行，效率低下
var result1 = await GetDataAsync(url1);
var result2 = await GetDataAsync(url2);
var result3 = await GetDataAsync(url3);
// 所有操作是串行的，總耗時約等于各操作耗時之和

或者使用 Task.WhenAny，但它只等待第一個完成的任務，無法滿足“全部完成”的需求。

Task.WhenAll 允許我們并發地啟動所有操作，然后等待它們全部結束，從而顯著減少總執行時間。

? 正確方式：使用 `Task.WhenAll`

// 啟動所有任務（并發）
var task1 = GetDataAsync(url1);
var task2 = GetDataAsync(url2);
var task3 = GetDataAsync(url3);// 等待所有任務完成
await Task.WhenAll(task1, task2, task3);// 所有任務都已完成，可以安全地獲取結果
var result1 = await task1; // 不會阻塞，因為任務已結束
var result2 = await task2;
var result3 = await task3;

或者更簡潔地：

var tasks = new[]
{GetDataAsync(url1),GetDataAsync(url2),GetDataAsync(url3)
};await Task.WhenAll(tasks);
// 結果按任務在數組中的順序排列
var results = await Task.WhenAll(tasks); // 對于有返回值的任務

核心優勢

性能提升：通過并發執行，總耗時通常接近于最慢的那個任務的耗時，而不是所有任務耗時之和。
代碼簡潔：避免了復雜的 Task.ContinueWith 鏈或手動管理多個 TaskCompletionSource。
異常處理集中：所有任務的異常都可以在 await Task.WhenAll(...) 處被捕獲（通常包裝在 AggregateException 中）。
結果聚合：對于 Task<T>，WhenAll 直接返回一個包含所有結果的數組，順序與輸入任務一致。

重要注意事項與最佳實踐

1. 任務必須已經啟動

Task.WhenAll 等待的是已經啟動的任務。確保你在調用 Task.WhenAll 之前已經啟動了所有任務（即調用了異步方法但沒有 await 它）。

// ? 正確：任務已啟動
var task1 = SomeAsyncOperation(); // 啟動任務
var task2 = AnotherAsyncOperation(); // 啟動任務
await Task.WhenAll(task1, task2);// ? 錯誤：任務未啟動（SomeAsyncOperation 返回的是 Task，但未執行）
// await Task.WhenAll(SomeAsyncOperation(), AnotherAsyncOperation()); 
// 這行代碼本身會啟動任務，但寫法不直觀，建議分開寫。

2. 異常處理

Task.WhenAll 返回的任務在任何一個輸入任務失敗時都會失敗。異常通常被包裝在 AggregateException 中。推薦使用 try-catch 塊來處理：

try
{await Task.WhenAll(task1, task2, task3);
}
catch (Exception ex)
{// ex 可能是 AggregateException 或單個異常（.NET 4.5+ 有時會扁平化）// 檢查 ex.InnerException 或 ex.Flatten().InnerExceptions 來獲取具體異常Console.WriteLine($"一個或多個任務失敗: {ex.Message}");// 可以遍歷所有任務檢查其狀態foreach (var task in new[] { task1, task2, task3 }){if (task.IsFaulted){Console.WriteLine($"任務 {task.Id} 失敗: {task.Exception?.InnerException?.Message}");}}
}

3. 性能考量：避免不必要的 `Task.WhenAll`

如果任務數量很少（比如1-2個），直接 await 每個任務可能更清晰。Task.WhenAll 在處理多個（例如3個以上）獨立任務時優勢最明顯。

4. 與 `Task.WhenAny` 的區別

Task.WhenAll: 等待所有任務完成。
Task.WhenAny: 等待任何一個任務完成。適用于“競態”場景，比如從多個數據源獲取數據，取最快返回的結果。

5. 內存與資源管理

啟動大量并發任務可能會耗盡系統資源（如線程池線程、網絡連接、文件句柄）。考慮使用 SemaphoreSlim 或 Parallel.ForEachAsync (C# 11+) 來限制并發度。

后續其他文章再展開講解（這里先挖個坑~~~~，可私信我填坑，我怕忘記了。）

6. 創建一個帶有默認值的已完成任務！

有的時候，在進入其他分支的時候，某個task可能是null，這樣Task.WhenAll等待的時候就會報錯，我們需要創建一個帶有默認值的已完成任務.
比如：

Task task3 = Task.FromResult(default(bool))

default(bool)
default 是 C# 中的一個關鍵字，用于獲取類型的默認值。
對于值類型 bool，其默認值是 false。
所以，default(bool) 等價于 false。
Task.FromResult(T result)
這是 Task 類的一個靜態方法。
它接收一個類型為 T 的參數 result。
它返回一個 Task 對象，這個對象的狀態是已完成（RanToCompletion），并且其 Result 屬性的值就是傳入的 result。
這個方法非常高效，因為它不會創建一個新的線程或啟動任何異步工作；它只是包裝一個已經存在的值到一個 Task 的殼子里。
Task.FromResult(default(bool))
將兩者結合起來，Task.FromResult(default(bool)) 創建并返回一個 Task。
這個 Task 立即完成。
當你 await 這個任務時，你會立即得到 false。

7 混合處理無返回值與有返回值的任務

當我們需要同時等待一個無返回值的 Task 和一個有返回值的 Task 時，Task.WhenAll 仍然適用，但獲取返回值該怎么做呢？

實現方式?

Task.WhenAll 可以接收混合類型的任務（Task 和 Task），但返回的是 Task 而非 Task<T[]>。因此，我們需要通過原始的有返回值任務的引用獲取結果。

using System;
using System.Threading.Tasks;class Program
{static async Task Main(string[] args){// 無返回值的任務Task task1 = Task.Run(() =>{Console.WriteLine("任務1（無返回值）開始");Task.Delay(2000).Wait();Console.WriteLine("任務1完成");});// 有返回值的任務（返回bool）Task<bool> task2 = Task.Run(() =>{Console.WriteLine("任務2（有返回值）開始");Task.Delay(1500).Wait();Console.WriteLine("任務2完成");return true; // 返回bool結果});// 同時等待兩個任務完成await Task.WhenAll(task1, task2);// 單獨獲取有返回值的任務結果bool result = await task2; // 更推薦的異步方式//bool result = task2.Result;  這么寫也是可以的！！！！！！Console.WriteLine($"任務2的返回值：{result}");Console.WriteLine("所有任務都已完成");}
}

最后給一個實際的例子

  /// <summary>/// 采集圖片進行推理/// </summary>/// <param name="index">對應的相機：0 正面相機； 1 反面相機</param>/// <returns></returns>async Task<bool> RunOne(int index){Stopwatch 計時器 = new Stopwatch();List<YOLOData> data = new List<YOLOData>();CameraConfig info;GraphicInfo graphic;//YOLODetection yolo;HObject Hobj;try{info = GlobalData.Instance.saveInfo.NeedOpenedCameraList[index];graphic = GlobalData.Instance.saveInfo.Graphics.First(t=>t.SerialNumber == info.SerialNumber);//yolo = graphic.yolo;}catch (Exception){throw new Exception($"NeedOpenedCameraList或者graphic,未找到第{index}個相機");}Task task1, task2;Task<bool> task3 = Task.FromResult(default(bool));try{計時器.Restart();//----觸發運動（從初始位置到結束位置）await motionCard.PmoveEx(axisConfigInfo, axisConfigInfo.Positions[0].Value);logger.Info($"開始運動到{axisConfigInfo.Positions[0].Value}");//觸發一次采集！CameraService.Snap(info.SerialNumber);//----觸發運動（從結束位置到初始位置）task1 = motionCard.PmoveEx(axisConfigInfo, axisConfigInfo.Positions[1].Value);logger.Info($"結束運動到{axisConfigInfo.Positions[1].Value}");//采集圖片Hobj = CameraService.GetHImage(info.SerialNumber, info.Timeout);logger.Info($"采集到圖片！");計時器.Stop();//----觸發運動（從初始位置到結束位置）task2 = motionCard.PmoveEx(axisConfigInfo, axisConfigInfo.Positions[0].Value);logger.Info($"回到開始位置！{axisConfigInfo.Positions[0].Value}");}catch (Exception ex){MessageBox.Show($"運動采集失敗{ex.Message}");return false;}var t1 = 計時器.ElapsedMilliseconds;bool b = false;if (Hobj != null){task3 = ImgCheck(graphic, Hobj);}else{MainWindowViewModel.PostGrowlEvent(info.SerialNumber + "相機獲取圖片失敗", EnumAlarmType.Warning);Task.Delay(1000).Wait();b = false;}await Task.WhenAll(task1, task2, task3);//獲取結果b = task3.Result;logger.Info($"完成一次檢測~~~~~結果為：{b}");return b;}