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【C#】掌握并发利器：深入理解 .NET 中的 Task.WhenAll

ds 2025/8/13 16:45:32

在现代 .NET 应用程序开发中，异步编程（Asynchronous Programming）已成为提升性能、改善响应能力和充分利用多核处理器的关键技术。async 和 await 关键字极大地简化了异步代码的编写，而 Task 类则是这一模型的核心。在处理多个并发操作时，Task.WhenAll 方法是一个强大且常用的工具。本文将深入探讨 Task.WhenAll 的工作原理、使用场景、最佳实践以及需要注意的陷阱。

什么是 `Task.WhenAll`？

Task.WhenAll 是 Task 类提供的一个静态方法，用于等待多个任务（Task 或 Task<T>）全部完成。它接收一个任务集合（如 IEnumerable<Task> 或 Task[]），并返回一个新的 Task 或 Task<TResult[]>。当传入的任务全部成功完成时，返回的任务才会完成。如果其中任何一个任务因异常而失败，返回的任务也会以异常状态完成。

基本语法

// 等待多个无返回值的任务完成
Task WhenAll(params Task[] tasks);
Task WhenAll(IEnumerable<Task> tasks);// 等待多个有返回值的任务完成
Task<TResult[]> WhenAll<TResult>(params Task<TResult>[] tasks);
Task<TResult[]> WhenAll<TResult>(IEnumerable<Task<TResult>> tasks);

为什么需要 `Task.WhenAll`？

在没有 Task.WhenAll 的情况下，我们可能会这样处理多个异步操作：

// ❌ 错误方式：顺序执行，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，总耗时约等于各操作耗时之和

或者使用 Task.WhenAny，但它只等待第一个完成的任务，无法满足“全部完成”的需求。

Task.WhenAll 允许我们并发地启动所有操作，然后等待它们全部结束，从而显著减少总执行时间。

✅ 正确方式：使用 `Task.WhenAll`

// 启动所有任务（并发）
var task1 = GetDataAsync(url1);
var task2 = GetDataAsync(url2);
var task3 = GetDataAsync(url3);// 等待所有任务完成
await Task.WhenAll(task1, task2, task3);// 所有任务都已完成，可以安全地获取结果
var result1 = await task1; // 不会阻塞，因为任务已结束
var result2 = await task2;
var result3 = await task3;

或者更简洁地：

var tasks = new[]
{GetDataAsync(url1),GetDataAsync(url2),GetDataAsync(url3)
};await Task.WhenAll(tasks);
// 结果按任务在数组中的顺序排列
var results = await Task.WhenAll(tasks); // 对于有返回值的任务

核心优势

性能提升：通过并发执行，总耗时通常接近于最慢的那个任务的耗时，而不是所有任务耗时之和。
代码简洁：避免了复杂的 Task.ContinueWith 链或手动管理多个 TaskCompletionSource。
异常处理集中：所有任务的异常都可以在 await Task.WhenAll(...) 处被捕获（通常包装在 AggregateException 中）。
结果聚合：对于 Task<T>，WhenAll 直接返回一个包含所有结果的数组，顺序与输入任务一致。

重要注意事项与最佳实践

1. 任务必须已经启动

Task.WhenAll 等待的是已经启动的任务。确保你在调用 Task.WhenAll 之前已经启动了所有任务（即调用了异步方法但没有 await 它）。

// ✅ 正确：任务已启动
var task1 = SomeAsyncOperation(); // 启动任务
var task2 = AnotherAsyncOperation(); // 启动任务
await Task.WhenAll(task1, task2);// ❌ 错误：任务未启动（SomeAsyncOperation 返回的是 Task，但未执行）
// await Task.WhenAll(SomeAsyncOperation(), AnotherAsyncOperation()); 
// 这行代码本身会启动任务，但写法不直观，建议分开写。

2. 异常处理

Task.WhenAll 返回的任务在任何一个输入任务失败时都会失败。异常通常被包装在 AggregateException 中。推荐使用 try-catch 块来处理：

try
{await Task.WhenAll(task1, task2, task3);
}
catch (Exception ex)
{// ex 可能是 AggregateException 或单个异常（.NET 4.5+ 有时会扁平化）// 检查 ex.InnerException 或 ex.Flatten().InnerExceptions 来获取具体异常Console.WriteLine($"一个或多个任务失败: {ex.Message}");// 可以遍历所有任务检查其状态foreach (var task in new[] { task1, task2, task3 }){if (task.IsFaulted){Console.WriteLine($"任务 {task.Id} 失败: {task.Exception?.InnerException?.Message}");}}
}

3. 性能考量：避免不必要的 `Task.WhenAll`

如果任务数量很少（比如1-2个），直接 await 每个任务可能更清晰。Task.WhenAll 在处理多个（例如3个以上）独立任务时优势最明显。

4. 与 `Task.WhenAny` 的区别

Task.WhenAll: 等待所有任务完成。
Task.WhenAny: 等待任何一个任务完成。适用于“竞态”场景，比如从多个数据源获取数据，取最快返回的结果。

5. 内存与资源管理

启动大量并发任务可能会耗尽系统资源（如线程池线程、网络连接、文件句柄）。考虑使用 SemaphoreSlim 或 Parallel.ForEachAsync (C# 11+) 来限制并发度。

后续其他文章再展开讲解（这里先挖个坑~~~~，可私信我填坑，我怕忘记了。）

6. 创建一个带有默认值的已完成任务！

有的时候，在进入其他分支的时候，某个task可能是null，这样Task.WhenAll等待的时候就会报错，我们需要创建一个带有默认值的已完成任务.
比如：

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

default(bool)
default 是 C# 中的一个关键字，用于获取类型的默认值。
对于值类型 bool，其默认值是 false。
所以，default(bool) 等价于 false。
Task.FromResult(T result)
这是 Task 类的一个静态方法。
它接收一个类型为 T 的参数 result。
它返回一个 Task 对象，这个对象的状态是已完成（RanToCompletion），并且其 Result 属性的值就是传入的 result。
这个方法非常高效，因为它不会创建一个新的线程或启动任何异步工作；它只是包装一个已经存在的值到一个 Task 的壳子里。
Task.FromResult(default(bool))
将两者结合起来，Task.FromResult(default(bool)) 创建并返回一个 Task。
这个 Task 立即完成。
当你 await 这个任务时，你会立即得到 false。

7 混合处理无返回值与有返回值的任务

当我们需要同时等待一个无返回值的 Task 和一个有返回值的 Task 时，Task.WhenAll 仍然适用，但获取返回值该怎么做呢？

实现方式

Task.WhenAll 可以接收混合类型的任务（Task 和 Task），但返回的是 Task 而非 Task<T[]>。因此，我们需要通过原始的有返回值任务的引用获取结果。

using System;
using System.Threading.Tasks;class Program
{static async Task Main(string[] args){// 无返回值的任务Task task1 = Task.Run(() =>{Console.WriteLine("任务1（无返回值）开始");Task.Delay(2000).Wait();Console.WriteLine("任务1完成");});// 有返回值的任务（返回bool）Task<bool> task2 = Task.Run(() =>{Console.WriteLine("任务2（有返回值）开始");Task.Delay(1500).Wait();Console.WriteLine("任务2完成");return true; // 返回bool结果});// 同时等待两个任务完成await Task.WhenAll(task1, task2);// 单独获取有返回值的任务结果bool result = await task2; // 更推荐的异步方式//bool result = task2.Result;  这么写也是可以的！！！！！！Console.WriteLine($"任务2的返回值：{result}");Console.WriteLine("所有任务都已完成");}
}

最后给一个实际的例子

  /// <summary>/// 采集图片进行推理/// </summary>/// <param name="index">对应的相机：0 正面相机； 1 反面相机</param>/// <returns></returns>async Task<bool> RunOne(int index){Stopwatch 计时器 = 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($"NeedOpenedCameraList或者graphic,未找到第{index}个相机");}Task task1, task2;Task<bool> task3 = Task.FromResult(default(bool));try{计时器.Restart();//----触发运动（从初始位置到结束位置）await motionCard.PmoveEx(axisConfigInfo, axisConfigInfo.Positions[0].Value);logger.Info($"开始运动到{axisConfigInfo.Positions[0].Value}");//触发一次采集！CameraService.Snap(info.SerialNumber);//----触发运动（从结束位置到初始位置）task1 = motionCard.PmoveEx(axisConfigInfo, axisConfigInfo.Positions[1].Value);logger.Info($"结束运动到{axisConfigInfo.Positions[1].Value}");//采集图片Hobj = CameraService.GetHImage(info.SerialNumber, info.Timeout);logger.Info($"采集到图片！");计时器.Stop();//----触发运动（从初始位置到结束位置）task2 = motionCard.PmoveEx(axisConfigInfo, axisConfigInfo.Positions[0].Value);logger.Info($"回到开始位置！{axisConfigInfo.Positions[0].Value}");}catch (Exception ex){MessageBox.Show($"运动采集失败{ex.Message}");return false;}var t1 = 计时器.ElapsedMilliseconds;bool b = false;if (Hobj != null){task3 = ImgCheck(graphic, Hobj);}else{MainWindowViewModel.PostGrowlEvent(info.SerialNumber + "相机获取图片失败", EnumAlarmType.Warning);Task.Delay(1000).Wait();b = false;}await Task.WhenAll(task1, task2, task3);//获取结果b = task3.Result;logger.Info($"完成一次检测~~~~~结果为：{b}");return b;}