深入理解.NET 中的 Task 和 Task.WhenAll

一、Task 的原理

Task 代表一个异步操作。它允许你在不阻塞主线程的情况下执行耗时的操作，如文件读取、网络请求等。

异步执行
- 当你调用一个异步方法时，它会立即返回一个 Task 对象。这个 Task 对象表示正在进行的异步操作。异步方法会在后台线程上执行，而不会阻塞调用它的线程。
- 例如，使用 Task.Run(() => { /* 耗时操作 */ }); 可以在一个新的线程上执行一个委托，返回一个 Task 对象表示这个操作。
状态管理
- Task 有不同的状态，如等待（WaitingForActivation）、运行（Running）、已完成（RanToCompletion）、已取消（Canceled）或出错（Faulted）。你可以通过检查 Task 的 Status 属性来了解它的当前状态。
- 当异步操作完成、被取消或出错时，Task 的状态会相应地改变。
结果获取
- 如果异步操作有返回值，你可以通过 Task 的 Result 属性来获取结果。但是，在异步操作完成之前访问 Result 属性会导致阻塞当前线程，直到操作完成。

二、Task.WhenAll 的原理

Task.WhenAll 用于等待多个 Task 完成。它接受一个 IEnumerable<Task> 或多个 Task 参数，并返回一个新的 Task，这个新的 Task 在所有输入的 Task 都完成时完成。

并行执行
- 当你调用 Task.WhenAll 时，它会同时跟踪所有输入的 Task。这些 Task 会在不同的线程上并行执行（如果可能的话）。
- 例如，Task.WhenAll(task1, task2, task3) 会等待 task1、task2 和 task3 都完成。
结果处理
- 当所有输入的 Task 都完成时，返回的 Task 的 Result 属性是一个包含所有输入 Task 结果的数组。如果输入的 Task 没有返回值，结果数组的元素类型为 void。

三、使用场景

提高响应能力
- 在用户界面应用程序中，使用异步编程可以避免在执行耗时操作时冻结用户界面。例如，在加载大量数据时，可以使用 Task 来在后台线程上执行数据加载操作，同时保持用户界面的响应性。
并行处理
- 当需要同时执行多个独立的耗时操作时，可以使用 Task.WhenAll 来并行执行这些操作，以提高性能。例如，同时从多个数据源获取数据。
异步方法调用链
- 在异步方法调用链中，可以使用 Task 的延续（Continuation）来在一个异步操作完成后执行另一个异步操作。例如，先从网络获取数据，然后对数据进行处理，最后将结果保存到数据库。

四、实际案例

假设我们有一个应用程序，需要从两个不同的 Web API 获取数据，然后将这些数据合并并显示给用户。我们可以使用 Task 和 Task.WhenAll 来实现这个功能。

using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        HttpClient client = new HttpClient();

        // 同时从两个 API 获取数据
        Task<string> task1 = client.GetStringAsync("https://api1.com/data");
        Task<string> task2 = client.GetStringAsync("https://api2.com/data");

        // 等待两个任务完成
        await Task.WhenAll(task1, task2);

        // 合并数据
        string data1 = task1.Result;
        string data2 = task2.Result;
        string combinedData = data1 + data2;

        Console.WriteLine(combinedData);
    }
}

在这个例子中，我们同时从两个不同的 Web API 获取数据，使用 Task.WhenAll 等待这两个任务完成，然后合并数据并显示给用户。

五、额外知识

异常处理
- 当一个或多个输入的 Task 抛出异常时，返回的 Task.WhenAll 的结果 Task 也会处于出错状态。你可以通过捕获这个异常来处理错误。
- 例如：
try
{
await Task.WhenAll(task1, task2);
}
catch (AggregateException ex)
{
foreach (var innerException in ex.InnerExceptions)
{
Console.WriteLine(innerException.Message);
}
}
取消异步操作
- 你可以使用 CancellationToken 来取消一个正在进行的异步操作。如果一个 Task 被取消，它的状态会变为 Canceled。
- 例如：
using System.Threading;

CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
Task task = Task.Run(() =>
{
while (!cts.Token.IsCancellationRequested)
{
// 执行耗时操作
}
}, cts.Token);

// 取消任务
cts.Cancel();

希望这篇博客能够帮助你更好地理解和使用.NET 中的 Task 和 Task.WhenAll。异步编程可以极大地提高应用程序的性能和响应能力，掌握这些概念将使你在.NET 开发中更加得心应手。