发布：2020/12/21 15:21:46作者：管理员 来源：本站 浏览次数：1014
菜鸟学习并行编程，参考《C#并行编程高级教程.PDF》，如有错误，欢迎指正。
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任务简介
TPL引入新的基于任务的编程模型，通过这种编程模型可以发挥多核的功效，提升应用程序的性能，不需要编写底层复杂且重量级的线程代码。
但需要注意：任务并不是线程（任务运行的时候需要使用线程，但并不是说任务取代了线程，任务代码是使用底层的线程（软件线程，调度在特定的硬件线程或逻辑内核上）运行的，任务与线程之间并没有一对一的关系。）
创建一个新的任务时，调度器（调度器依赖于底层的线程池引擎）会使用工作窃取队列找到一个最合适的线程，然后将任务加入队列，任务所包含的代码会在一个线程中运行。如图：
System.Threading.Tasks.Task
一个Task表示一个异步操作，Task提供了很多方法和属性，通过这些方法和属性能够对Task的执行进行控制，并且能够获得其状态信息。
Task的创建和执行都是独立的，因此可以对关联操作的执行拥有完全的控制权。
使用Parallel.For、Parallel.ForEach的循环迭代的并行执行，TPL会在后台创建System.Threading.Tasks.Task的实例。
使用Parallel.Invoke时，TPL也会创建与调用的委托数目一致的System.Threading.Tasks.Task的实例。
注意项
程序中添加很多异步的操作作为Task实例加载的时候，为了充分利用运行时所有可用的逻辑内核，任务调度器会尝试的并行的运行这些任务，也会尝试在所有的可用内核上对工作进行负载均衡。
但在实际的编码过程当中，并不是所有的代码片段都能够方便的用任务来运行，因为任务会带来额外的开销，尽管这种开销比添加线程所带来的开销要小，但是仍然需要将这个开销考虑在内。
Task状态与生命周期
一个Task实例只会完成其生命周期一次，当Task到达它的3种肯呢过的最终状态之一是，就无法回到之前的任何状态
下面贴代码，详解见注释，方便大家理解Task的状态：
class Program { /* coder:释迦苦僧 */ static void Main(string[] args) { /* 创建一个任务 不调用 不执行 状态为Created */ Task tk = new Task(() => { }); Console.WriteLine(tk.Status.ToString()); /* 创建一个任务 执行 状态为 WaitingToRun */ Task tk1 = new Task(() => { }); tk1.Start();/*对于安排好的任务，就算调用Start方法也不会立马启动 此时任务的状态为WaitingToRun*/ Console.WriteLine(tk1.Status.ToString()); /* 创建一个主任务 */ Task mainTask = new Task(() => { SpinWait.SpinUntil(() => { return false; }, 30000); }); /* 将子任务加入到主任务完成之后执行 */ Task subTask = mainTask.ContinueWith((t1) => { }); /* 启动主任务 */ mainTask.Start(); /* 此时子任务状态为 WaitingForActivation */ Console.WriteLine(subTask.Status.ToString()); /* 创建一个任务 执行 后 等待一段时间 并行未结束的情况下 状态为 Running */ Task tk2 = new Task(() => { SpinWait.SpinUntil(() => false, 30000); }); tk2.Start();/*对于安排好的任务，就算调用Start方法也不会立马启动*/ SpinWait.SpinUntil(() => false, 300); Console.WriteLine(tk2.Status.ToString()); /* 创建一个任务 然后取消该任务 状态为Canceled */ CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); Task tk3 = new Task(() => { for (int i = 0; i < int.MaxValue; i++) { if (!cts.Token.IsCancellationRequested) { cts.Token.ThrowIfCancellationRequested(); } } }, cts.Token); tk3.Start();/*启动任务*/ SpinWait.SpinUntil(() => false, 100); cts.Cancel();/*取消该任务执行 但并非立马取消 所以对于Canceled状态也不会立马生效*/ SpinWait.SpinUntil(() => false, 1000); Console.WriteLine(tk3.Status.ToString() + " " + tk3.IsCanceled); SpinWait.SpinUntil(() => false, 1000); Console.WriteLine(tk3.Status.ToString() + " " + tk3.IsCanceled); SpinWait.SpinUntil(() => false, 1000); Console.WriteLine(tk3.Status.ToString() + " " + tk3.IsCanceled); /*创建一个任务 让它成功的运行完成 会得到 RanToCompletion 状态*/ Task tk4 = new Task(() => { SpinWait.SpinUntil(() => false, 10); }); tk4.Start(); SpinWait.SpinUntil(() => false, 300); Console.WriteLine(tk4.Status.ToString()); /*创建一个任务 让它运行失败 会得到 Faulted 状态*/ Task tk5 = new Task(() => { throw new Exception(); }); tk5.Start(); SpinWait.SpinUntil(() => false, 300); Console.WriteLine(tk5.Status.ToString()); Console.ReadLine(); } } class Product { public string Name { get; set; } public string Category { get; set; } public int SellPrice { get; set; } }
使用任务来对代码进行并行化
使用Parallel.Invoke可以并行加载多个方法，使用Task实例也能完成同样的工作，下面贴代码：
class Program { private static ConcurrentQueue<Product> queue = null; /* coder:释迦苦僧 */ static void Main(string[] args) { queue = new ConcurrentQueue<Product>(); Task tk1 = new Task(() => { SetProduct(1); SetProduct(3);}); Task tk2 = new Task(() => SetProduct(2)); tk1.Start(); tk2.Start(); Console.ReadLine(); } static void SetProduct(int index) { Parallel.For(0, 10000, (i) => { Product model = new Product(); model.Name = "Name" + i; model.SellPrice = i; model.Category = "Category" + i; queue.Enqueue(model); }); Console.WriteLine("SetProduct {0} 执行完成", index); } } class Product { public string Name { get; set; } public string Category { get; set; } public int SellPrice { get; set; } }
等待任务完成Task.WaitAll
Task.WaitAll 方法，这个方法是同步执行的，在Task作为参数被接受，所有Task结束其执行前，主线程不会继续执行下一条指令，下面贴代码
class Program { private static ConcurrentQueue<Product> queue = null; /* coder:释迦苦僧 */ static void Main(string[] args) { queue = new ConcurrentQueue<Product>(); Task tk1 = new Task(() => { SetProduct(1); SetProduct(3); }); Task tk2 = new Task(() => SetProduct(2)); tk1.Start(); tk2.Start(); /*等待任务执行完成后再输出 ====== */ Task.WaitAll(tk1, tk2); Console.WriteLine("等待任务执行完成后再输出 ======"); Task tk3 = new Task(() => { SetProduct(1); SetProduct(3); }); Task tk4 = new Task(() => SetProduct(2)); tk3.Start(); tk4.Start(); /*等待任务执行前输出 ====== */ Console.WriteLine("等待任务执行前输出 ======"); Task.WaitAll(tk3, tk4); Console.ReadLine(); } static void SetProduct(int index) { Parallel.For(0, 10000, (i) => { Product model = new Product(); model.Name = "Name" + i; model.SellPrice = i; model.Category = "Category" + i; queue.Enqueue(model); }); Console.WriteLine("SetProduct {0} 执行完成", index); } }
Task.WaitAll 限定等待时长
queue = new ConcurrentQueue<Product>();
Task tk1 = new Task(() => { SetProduct(1); SetProduct(3);});
Task tk2 = new Task(() => SetProduct(2));
tk1.Start();
tk2.Start(); /*如果tk1 tk2 没能在10毫秒内完成 则输出 ***** */ if (!Task.WaitAll(new Task[] { tk1, tk2 }, 10))
{
Console.WriteLine("******");
}
Console.ReadLine();
如图10毫秒没有完成任务，则输出了****
通过取消标记取消任务
通过取消标记来中断Task实例的执行。 CancellationTokenSource，CancellationToken下的IsCanceled属性标志当前是否已经被取消，取消任务，任务也不一定会马上取消，下面贴代码：
class Program { private static ConcurrentQueue<Product> queue = null; /* coder:释迦苦僧 */ static void Main(string[] args) { queue = new ConcurrentQueue<Product>(); System.Threading.CancellationTokenSource token = new CancellationTokenSource(); Task tk1 = Task.Factory.StartNew(() => SetProduct(token.Token)); Task tk2 = Task.Factory.StartNew(() => SetProduct(token.Token)); Thread.Sleep(10); /*取消任务操作*/ token.Cancel(); try { /*等待完成*/ Task.WaitAll(new Task[] { tk1, tk2 }); } catch (AggregateException ex) { /*如果当前的任务正在被取消，那么还会抛出一个TaskCanceledException异常，这个异常包含在AggregateException异常中*/ Console.WriteLine("tk1 Canceled：{0}", tk1.IsCanceled); Console.WriteLine("tk1 Canceled：{0}", tk2.IsCanceled); } Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("tk1 Canceled：{0}", tk1.IsCanceled); Console.WriteLine("tk1 Canceled：{0}", tk2.IsCanceled); Console.ReadLine(); } static void SetProduct(System.Threading.CancellationToken ct) { /* 每一次循环迭代，都会有新的代码调用 ThrowIfCancellationRequested * 这行代码能够对 OpreationCanceledException 异常进行观察 * 并且这个异常的标记与Task实例关联的那个标记进行比较，如果两者相同 ，而且IsCancelled属性为True，那么Task实例就知道存在一个要求取消的请求，并且会将状态转变为Canceled状态，中断任务执行。 * 如果当前的任务正在被取消，那么还会抛出一个TaskCanceledException异常，这个异常包含在AggregateException异常中 /*检查取消标记*/ ct.ThrowIfCancellationRequested(); for (int i = 0; i < 50000; i++) { Product model = new Product(); model.Name = "Name" + i; model.SellPrice = i; model.Category = "Category" + i; queue.Enqueue(model); ct.ThrowIfCancellationRequested(); } Console.WriteLine("SetProduct 执行完成"); } } class Product { public string Name { get; set; } public string Category { get; set; } public int SellPrice { get; set; } }
Task异常处理 当很多任务并行运行的时候，可能会并行发生很多异常。Task实例能够处理一组一组的异常，这些异常有System.AggregateException类处理
class Program { private static ConcurrentQueue<Product> queue = null; /* coder:释迦苦僧 */ static void Main(string[] args) { queue = new ConcurrentQueue<Product>(); System.Threading.CancellationTokenSource token = new CancellationTokenSource(); Task tk1 = Task.Factory.StartNew(() => SetProduct(token.Token)); Thread.Sleep(2000); if (tk1.IsFaulted) { /* 循环输出异常 */ foreach (Exception ex in tk1.Exception.InnerExceptions) { Console.WriteLine("tk1 Exception：{0}", ex.Message); } } Console.ReadLine(); } static void SetProduct(System.Threading.CancellationToken ct) { for (int i = 0; i < 5; i++) { throw new Exception(string.Format("Exception Index {0}", i)); } Console.WriteLine("SetProduct 执行完成"); } }
Task返回值 Task<TResult>
class Program { /* coder:释迦苦僧 */ static void Main(string[] args) { Task<List<Product>> tk1 = Task<List<Product>>.Factory.StartNew(() => SetProduct()); Task.WaitAll(tk1); Console.WriteLine(tk1.Result.Count); Console.WriteLine(tk1.Result[0].Name); Console.ReadLine(); } static List<Product> SetProduct() { List<Product> result = new List<Product>(); for (int i = 0; i < 500; i++) { Product model = new Product(); model.Name = "Name" + i; model.SellPrice = i; model.Category = "Category" + i; result.Add(model); } Console.WriteLine("SetProduct 执行完成"); return result; } }
通过延续串联多个任务
ContinueWith:创建一个目标Task完成时，异步执行的延续程序，await，如代码所示：
class Program { /* coder:释迦苦僧 */ static void Main(string[] args) { /*创建任务t1*/ Task t1 = Task.Factory.StartNew(() => { Console.WriteLine("执行 t1 任务"); SpinWait.SpinUntil(() => { return false; }, 2000); }); /*创建任务t2 t2任务的执行 依赖与t1任务的执行完成*/ Task t2 = t1.ContinueWith((t) => { Console.WriteLine("执行 t2 任务"); SpinWait.SpinUntil(() => { return false; }, 2000); }); /*创建任务t3 t3任务的执行 依赖与t2任务的执行完成*/ Task t3 = t2.ContinueWith((t) => { Console.WriteLine("执行 t3 任务"); }); Console.ReadLine(); } }
TaskContinuationOptions
TaskContinuationOptions参数，可以控制延续另一个任的任务调度和执行的可选行为。下面看代码：
class Program { /* coder:释迦苦僧 */ static void Main(string[] args) { /*创建任务t1*/ Task t1 = Task.Factory.StartNew(() => { Console.WriteLine("执行 t1 任务"); SpinWait.SpinUntil(() => { return false; }, 2000); throw new Exception("异常"); }); /*创建任务t2 t2任务的执行 依赖与t1任务的执行完成*/ Task t2 = t1.ContinueWith((t) => { Console.WriteLine(t.Status); Console.WriteLine("执行 t2 任务"); SpinWait.SpinUntil(() => { return false; }, 2000); /*定义 TaskContinuationOptions 行为为 NotOnFaulted 在 t1 任务抛出异常后，t1 的任务状态为 Faulted ， 则t2 不会执行里面的方法 但是需要注意的是t3任务*/ /*t2在不符合条件时 返回Canceled状态状态让t3任务执行*/ }, TaskContinuationOptions.NotOnFaulted); /*创建任务t3 t3任务的执行 依赖与t2任务的执行完成*/ /*t2在不符合条件时 返回Canceled状态状态让t3任务执行*/ Task t3 = t2.ContinueWith((t) => { Console.WriteLine(t.Status); Console.WriteLine("执行 t3 任务"); }); Console.ReadLine(); } }
TaskContinuationOptions 属性有很多，如下所示
关于并行编程中的Task就写到这，如有问题，请指正。
