C# async/await任务超时处理的实现

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2023-08-02
c#异步操作async await状态机的总结(推荐)
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标签   C#
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  • 一、需求
  • 二、Task取消任务
  • 三、Task取消任务的回调
  • 四、Task超时处理的实现
  • 五、Task.WhenAny 的异常
  • 六、其他的写法

一、需求

在之前的帖子中，介绍了 async / await 的用法，那么新的问题又来了，如果调用一个异步方法后，一直不给返回值结果怎么办呢？这就涉及到怎么取消任务了。添加一个任务后，如果固定时间内没用返回结果，那么就取消执行，并且在多个任务同时执行的时候，依然按顺序来执行，这就是本文章要实现的功能。

二、Task取消任务

先介绍一下 Task 结束任务的传统用法。在 C# 以前的2.0 等版本中，线程是可以强制终止的，到了后面，就不允许强制去结束线程的，后面微软就提供了一个 CancellationTokenSource 相关的接口开源取消任务。于是我搜索了大量的帖子，一看全是各种抄袭，相互抄来抄去的，搞的我真的火冒三丈，完全是浪费时间，那么总结取消的方法如下：

namespace 取消任务
{
    internal class Program
    {
        static CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
 
        static void Main(string[] args)
        {
            Task.Run(() =>
            {
                for (int i =; i < 10; i++)
                {
                    Thread.Sleep();
                    Console.WriteLine("oh my god");
                    source.Token.ThrowIfCancellationRequested();
                }
            }, source.Token);
 
            Thread.Sleep();
            Console.WriteLine("取消任务");
            source.Cancel();
 
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

运行：

这个可以取消任务是吧，那下面换一个写法：

namespace 取消任务
{
    internal class Program
    {
        static CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
 
        static void Main(string[] args)
        {
            Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep();
                Console.WriteLine("oh my god");
                source.Token.ThrowIfCancellationRequested();
            }, source.Token);
 
            Thread.Sleep();
            Console.WriteLine("取消任务");
            source.Cancel();
 
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

任务中等待三秒，我在等待一秒后取消任务，看看结果：

这回就不管用了，任务明明取消了，但结果依然执行了。

根据他们写的例子，可以总结一点，就是要想取消任务，在任务中，必须加入 for 或者 while 循环，并且在下一轮循环中，执行到 source.Token.ThrowIfCancellationRequested() 这句才能取消任务。

换个写法，如果非得用 for 或者 while 循环这样的语法才能取消任务，我在 while 循环中加入一个判断，如果等于 true，直接跳出循环，这不也是中断了任务，所以说 CancellationTokenSource 真的意义不大

namespace 取消任务
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            bool isOut = false;
 
            var task = Task.Run(() =>
            {
                for (int i =; i < 100; i++)
                {
                    if (isOut) return;
 
                    Console.WriteLine("执行中" + i);
                    Thread.Sleep();
                }
            });
 
            Thread.Sleep();
            Console.WriteLine("取消任务");
            isOut= true;
 
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

运行：

三、Task取消任务的回调

取消任务也是可以加入回调的，如下：

namespace 取消任务
{
    internal class Program
    {
        static CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
 
        static void Main(string[] args)
        {
            var task = Task.Run(() =>
            {
                for (int i =; i < 100; i++)
                {
                    source.Token.ThrowIfCancellationRequested();
                    Console.WriteLine("执行中" + i);
                    Thread.Sleep();
                }
            }, source.Token);
 
            //在指定的毫秒数后取消task执行
            source.CancelAfter( * 1000);
 
            //取消任务后的回调
            source.Token.Register(() =>
            {
                //不延迟会获取不到正确的状态
                Thread.Sleep();
                Console.WriteLine("task状态：" + task1.Status);
                Console.WriteLine("IsFaulted状态：" + task.IsFaulted);//由于未处理的异常，任务已完成。
                Console.WriteLine("IsCompleted状态：" + task.IsCompleted);//获取一个值，该值指示任务是否已完成。
            });
 
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

 运行：

四、Task超时处理的实现

在上面的介绍中可以看到，Task取消任务传统的用法并不好用，必须在里面加上条件判断，如果满足条件就跳出 for 或者 while 循环，达到方法执行完成的目的，而并不是真的终止了任务。

那么这么需求要如何去完成呢，微软官方也提供了一个叫 Task.WhenAny 接口，可以实现这个功能，下面就看看如何实现的。

新建一个基于 .Net6 的 Winform 项目，新建一个脚本 Lib.cs

namespace Utils
{
    public static class Lib
    {
 
        public static async Task<bool> TryWithTimeoutAfter<TResult>(this Task<TResult> task, TimeSpan timeout, Action<TResult>? successor = null)
        {
            //用于取消任务
            using CancellationTokenSource timeoutCancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();
 
   
            //WhenAny 等待所有任务结束，这里加入了超时时间
            //ConfigureAwait 配置用来等待 任务的警报，返回值可以获取到改任务
            Task? completedTask = await Task.WhenAny(task, Task.Delay(timeout, timeoutCancellationTokenSource.Token)).ConfigureAwait(continueOnCapturedContext: false);
 
 
            //如果当前任务完成了，并且匹配
            if (completedTask == task)
            {
                //取消任务
                timeoutCancellationTokenSource.Cancel();
 
                //得到任务返回结果
                var result = await task.ConfigureAwait(continueOnCapturedContext: false);
 
                //执行回调
                if(successor != null) 
                    successor(result);
 
                return true;
            }
            else //任务超时
                return false;
        }
    }
}

界面如下，就几个按钮

代码：

using Utils;
 
namespace 异步编程
{
    public partial class Form : Form
    {
        public Form()
        {
            InitializeComponent();
        }
 
 
        private void button_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Test();
        }
 
        private void button_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Test();
        }
 
        private void Button_ClearConsole_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Console.Clear();
        }
 
        private async void Test()
        {
            var task = Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep();
                return "task";
            });
            bool res = await task1.TryWithTimeoutAfter(TimeSpan.FromSeconds(4), (string msg) =>
            {
                Console.WriteLine("-----------------------task回调：" + msg);
            });
 
            string isTimeout = res1 == true ? "没超时" : "超时";
            Console.WriteLine("任务：" + isTimeout1);
 
 
            var task = Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep();
                return "task";
            });
 
            bool res = await task2.TryWithTimeoutAfter(TimeSpan.FromSeconds(4), (string msg) =>
            {
                Console.WriteLine("-----------------------task回调：" + msg);
            });
 
            string isTimeout = res2 == true ? "没超时" : "超时";
            Console.WriteLine("任务：" + isTimeout2);
        }
 
        private async void Test()
        {
            var task = Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep();
                return "task";
            });
 
            bool res = await task3.TryWithTimeoutAfter(TimeSpan.FromSeconds(4), (string msg) =>
            {
                Console.WriteLine("-----------------------task回调：" + msg);
            });
 
            string isTimeou = res3 == true ? "没超时" : "超时";
            Console.WriteLine("任务：" + isTimeou3);
        }
    }
}

按钮1和按钮2 方法里有三个异步方法，超时时间都是4秒，也就是说，如果方法在4秒之内没有返回值则为失败。

分别点击按钮1，按钮2

在按钮1方法里有两个异步方法，异步方法1执行完成后，才能执行异步方法2，所以异步方法2要比异步方法3更慢一些。

下面就将三个异步方法的超时时间改为1秒，看看效果：

返回超时，而且任务也没有执行，这样就实现了我们的想要的效果了。 

五、Task.WhenAny 的异常

在一系列的测试中，我发现了 Task.WhenAny 这个接口在 .Net6 的控制台项目的异常之处，执行一次是正常的，如果在一个方法内同时执行多次，返回结果就开始乱了，在 Winform 项目中是没有这种事的，下面开始演示。

新建一个基于 .Net6 的控制台项目， 将上面的 Lib.cs 代码复制到项目中来。

代码：

using Utils;
 
namespace 异步编程
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            AwaitReturnValue();
 
            Console.ReadKey();
        }
 
        public static async void AwaitReturnValue()
        {
            var task = Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep();
                return "task";
            });
 
 
            for (int i =; i < 10; i++)
            {
                bool res = await task1.TryWithTimeoutAfter(TimeSpan.FromSeconds(1), (string msg) =>
                {
                    Console.WriteLine("task回调：" + msg);
                });
 
                string isTimeout = res == true ? "没超时" : "超时";
                Console.WriteLine(string.Format("结果{}：{1}", i, isTimeout));
            }
        }
    }
}

运行：

任务前两次是正确的，后面返回的基本全是错误的，原因我估计是 Task 任务内部等待时间是3秒，调用了前两次时间没有超过三秒，所以返回是正确的，后面超过3秒后，全当在超时范围内返回了。

六、其他的写法

超时取消任务的写法可以有多种，其实万变不离其宗，都是用 Task.WhenAny 方法实现的，代码我全部放一个类里面了，有兴趣的可以看看，有很多的高级语法，确实是值得学习的。

代码：

namespace 异步编程
{
    public static class Lib
    {
        public static async Task<TResult?> TimeoutAfter<TResult>(this Task<TResult> task, int timeout)
        {
            using (var cancelToken = new CancellationTokenSource())
            {
                Task completedTask = await Task.WhenAny(task, Task.Delay(timeout, cancelToken.Token));
                if (completedTask == task)
                {
                    cancelToken.Cancel();
                    return await task;
                }
                else
                {
                    // 超时处理
                    Console.WriteLine("超时了");
                    return default;
                }
            }
        }
 
        public static async Task<bool> OnTimeout<T>(T t, Action<T> action, int waitms) where T : Task
        {
            if (!(await Task.WhenAny(t, Task.Delay(waitms)) == t))
            {
                action(t);
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
 
        public static async Task<bool> TryWithTimeoutAfter<TResult>(this Task<TResult> task, TimeSpan timeout, Action<TResult> successor)
        {
            using var timeoutCancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();
            var completedTask = await Task.WhenAny(task, Task.Delay(timeout, timeoutCancellationTokenSource.Token)).ConfigureAwait(continueOnCapturedContext: false);
 
            if (completedTask == task)
            {
                timeoutCancellationTokenSource.Cancel();
 
                // propagate exception rather than AggregateException, if calling task.Result.
                var result = await task.ConfigureAwait(continueOnCapturedContext: false);
                successor(result);
                return true;
            }
            else
                return false;
        }
 
        public static async Task<bool> BeforeTimeout(Task task, int millisecondsTimeout)
        {
            if (task.IsCompleted) return true;
            if (millisecondsTimeout ==) return false;
            if (millisecondsTimeout == Timeout.Infinite)
            {
                await Task.WhenAll(task);
                return true;
            }
 
            var tcs = new TaskCompletionSource<object>();
 
            using (var timer = new Timer(state => ((TaskCompletionSource<object>)state).TrySetCanceled(), tcs, millisecondsTimeout, Timeout.Infinite))
            {
                return await Task.WhenAny(task, tcs.Task) == task;
            }
        }
    }
}
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