面试题：C# 异步编程中的 Task 与 Thread 的深入分析

1. Task 和 Thread 工作原理

Thread：
- 原理：Thread 是操作系统层面的线程，直接对应操作系统内核中的线程对象。创建 Thread 实例时，操作系统会为其分配相应的资源，包括栈空间等。线程调度由操作系统的线程调度器负责，它基于时间片轮转等算法决定哪个线程获得 CPU 执行时间。
- 示例：

Thread thread = new Thread(() => {
    Console.WriteLine("This is a thread.");
});
thread.Start();

Task：
- 原理：Task 是基于线程池的异步编程模型。Task 并不直接对应操作系统线程，而是由 TaskScheduler 来调度执行。TaskScheduler 管理线程池中的线程，根据任务队列和系统资源状况，将 Task 分配到线程池中的线程去执行。Task 还支持异步延续（continuation），即一个 Task 完成后可以自动启动另一个 Task。
- 示例：

Task task = Task.Run(() => {
    Console.WriteLine("This is a task.");
});

2. 应用场景

Thread：
- 场景：适用于需要长时间运行且对线程资源有特殊需求的任务，例如一些需要独占 CPU 资源的计算密集型任务，或者需要直接控制线程生命周期（如线程优先级调整等）的场景。但由于创建和销毁线程开销较大，不适合大量短时间任务。
Task：
- 场景：广泛应用于现代异步编程场景，尤其是 I/O 密集型任务，如网络请求、文件读写等。它基于线程池管理，能有效复用线程资源，减少线程创建和销毁开销。同时，其丰富的异步编程模型，如异步延续、聚合任务（Task.WhenAll、Task.WhenAny 等），使代码更简洁、易读，适合处理复杂的异步逻辑。

3. 性能差异

Thread：
- 性能：创建和销毁 Thread 开销较大，因为涉及操作系统资源分配和回收。如果创建大量 Thread，会消耗大量系统资源，导致性能下降，甚至可能引发内存不足等问题。但对于长时间运行的任务，由于没有线程池调度开销，可能在某些场景下性能更好。
Task：
- 性能：基于线程池，复用线程资源，减少了线程创建和销毁的开销，适合处理大量短时间任务。但对于长时间运行的任务，由于线程池调度可能会带来一些额外开销。同时，线程池中的线程数量是有限的，如果任务过多且长时间占用线程，可能导致线程池饥饿，影响其他任务执行。

4. Task 中异常处理

异常处理方式：在 Task 中，异常会被封装在 AggregateException 中。可以通过多种方式处理，如在 await 语句处捕获，或者在 Task 完成后通过 Task.Exception 属性获取并处理。
代码示例：

try
{
    await Task.Run(() => {
        throw new Exception("Task exception");
    });
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"Caught exception: {ex.Message}");
}

5. Task 中线程同步问题

同步方式：可以使用 Mutex、SemaphoreSlim、Monitor 等同步工具。在异步编程中，也可以利用 await 关键字实现同步效果，因为 await 会暂停当前异步方法的执行，直到 Task 完成。
代码示例（使用 SemaphoreSlim 实现线程同步）：

SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(1, 1);
await semaphore.WaitAsync();
try
{
    // 临界区代码
    Console.WriteLine("Entered critical section");
}
finally
{
    semaphore.Release();
}

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面试题：C# 异步编程中的 Task 与 Thread 的深入分析

知识考点

面试题答案

1. Task 和 Thread 工作原理

2. 应用场景

3. 性能差异

4. Task 中异常处理

5. Task 中线程同步问题