【读书笔记】.Net并行编程高级教程（二）-- 任务并行

前面一篇提到例子都是数据并行，但这并不是并行化的唯一形式，在.Net4之前，必须要创建多个线程或者线程池来利用多核技术。现在只需要使用新的Task实例就可以通过更简单的代码解决命令式任务并行问题。

1.Task及它的生命周期

一个Task表示一个异步操作，它的创建和执行都是独立的 ，因此可以对相关操作的执行拥有完全的控制权；当有很多异步操作作为Task实例加载的时候，为了充分利用运行时的逻辑内核，任务调度器会尝试并行的运行这些任务，当然任务都是有额外的开销，虽然要小于添加线程的开销；

对Task实例的生命周期的理解非常重要。一个Task的执行，取决于底层硬件和运行时可用的资源。因此Task实例的状态会不断的发生改变，而一个Task实例只会完成其生命周期一次，当Task到达它三种可能的最终状态只后，它就回不去之前的任何状态了。

Task实例有三种可能的初始状态，Created是Task构造函数创建实例的初始状态，WaitForActivation是子任务依赖其他任务完成后等待调度的初始状态，WaitingToRun是通过TaskFactory.StartNew所创建任务的初始状态。表示正在等待调度器挑选自己并运行。

任务开始执行，状态就变为TaskStatus.Runing。如果还有子任务，主任务的状态会转变到TaskStatus.WaitingForChildrenToComplete状态。并最终到达，Canceled，Faulted和RunToCompletion 三种状态。从字面理解就是任务取消，出错和完成。

2.任务并行。

前面我们通过Parallel.Invoke来并行加载方法。

Parallel.Invoke(GenerateAESKeys,GenerateMD5Has);

通过Task实例也能完成同样的工作。

var t1 = new Task(GenerateAESKeys);       var t2 = new Task(GenerateMD5Has);       t1.Start();       t2.Start();       Task.WaitAll(t1, t2);

Start方法对委托进行初始化。 WaitAll方法会等待两个任务的执行完成之后再往下走。

可以看见，执行过程中，任务的状态不断的发生变化。可以给WaitFor方法加上毫秒数。看任务是否会在指定时间内完成。

if(!Task.WaitAll(new[]{t1,t2},3000))             {                 Console.WriteLine("任务执行超过3秒");                 Console.WriteLine(t1.Status.ToString());                 Console.WriteLine(t2.Status.ToString());  }

即使到达了指定时间，任务还是继续执行。

同样任务本身也是可以等待

if (t1.Wait(3000))    {     Console.WriteLine("任务t1执行超过3秒");     Console.WriteLine(t1.Status.ToString());     }

3.通过取消标记取消任务。

可以通过CancellationToken 来中断任务的执行。这需要再委托中添加一些代码，创建可以取消的任务。

private static void GenerateMD5HasCancel(CancellationToken ct) {  ct.ThrowIfCancellationRequested();  var sw = Stopwatch.StartNew();  for (int i = 0; i < NUM_AES_KEYS; i++)  {   var md5M = MD5.Create();   byte[] data = Encoding.Unicode.GetBytes(Environment.UserName + i);   byte[] result = md5M.ComputeHash(data);   string hexString = ConverToHexString(result);   ct.ThrowIfCancellationRequested();  }  Console.WriteLine("MD5:" + sw.Elapsed.ToString()); } 

Console.WriteLine("任务开始..."); var cts = new CancellationTokenSource(); var ct = cts.Token; var sw = Stopwatch.StartNew(); var t1 = Task.Factory.StartNew(() => GenerateMD5HasCancel(ct), ct); var t2 = Task.Factory.StartNew(() => GenerateAESKeysCancel(ct), ct); //1秒后取消任务 Thread.Sleep(1000); cts.Cancel(); try {  if (!Task.WaitAll(new[] { t1,t2}, 1000))  {   Console.WriteLine("任务执行超过1秒");   Console.WriteLine(t1.Status.ToString());  } } catch (AggregateException ex) {  foreach (var exc in ex.InnerExceptions)  {   Console.WriteLine(exc.ToString());  }  if (t1.IsCanceled)  {   Console.WriteLine("任务1取消了...");  }  Console.WriteLine(sw.Elapsed.ToString());  Console.WriteLine("结束"); } 

CancellationTokenSource能够初始化取消的请求，而CancellationToken能将这些请求传递给异步操作；上面的方法通过Task类的Factory方法得到一个TaskFactory实例，相比Task直接创建任务，这个实例可以使用更多的功能。而StartNew 等价于用Task构造函数创建一个Task并调用Start方法执行。

直接在Debug下面运行，程序会在异常的地方中断。直接运行exe得到上面的结果。

ThrowIfCancellationRequested在每一次循环迭代都会执行，内部是判断任务取消后抛出一个OperationCanceledException的异常，来避免运行不必要的循环和其他命令。

public void ThrowIfCancellationRequested()     {      if (IsCancellationRequested)        ThrowOperationCanceledException();     } private void ThrowOperationCanceledException()     {      throw new OperationCanceledException(Environment.GetResourceString("OperationCanceled"), this);     } 

如果有代码正在等待取消，还会自动抛出一个TaskCanceledException异常。会包含在AggregateException中。

4.处理异常。

修改上面的方法抛出一个异常。

private static void GenerateMD5HasCancel(CancellationToken ct) {  ct.ThrowIfCancellationRequested();   //....if (sw.Elapsed.TotalSeconds > 0.5)   {    throw new TimeoutException("超时异常0.5秒");   }   ct.ThrowIfCancellationRequested();  }  Console.WriteLine("MD5:" + sw.Elapsed.ToString()); } 

修改Main方法的Catch。

if (t1.IsFaulted)                 {                     foreach (var exc in ex.InnerExceptions)                     {                         Console.WriteLine(exc.ToString());                     }                     Console.WriteLine(t1.Status.ToString());                 }

执行结果：

当出现异常时，任务的状态就会转换为Faulted。并不会影响另外一个任务的执行。

5.从任务返回值。

前面的方法都是没有返回值，得到任务的返回值需要使用Task<TResult>实例，TResult要替换为返回的类型。修改AES方法。返回一个指定前缀的List<String>

GenerateMD5HasList：

private static List<string> GenerateMD5HasList(CancellationToken ct, char prefix)   {    ct.ThrowIfCancellationRequested();    var sw = Stopwatch.StartNew();    var list = new List<string>();    for (int i = 0; i < NUM_AES_KEYS; i++)    {     var md5M = MD5.Create();     byte[] data = Encoding.Unicode.GetBytes(Environment.UserName + i);     byte[] result = md5M.ComputeHash(data);     string hexString = ConverToHexString(result);     if (hexString[0] == prefix)     {      list.Add(hexString);     }     ct.ThrowIfCancellationRequested();    }    Console.WriteLine("MD5:" + sw.Elapsed);    return list;   } View Code 

Console.WriteLine("任务开始...");             var cts = new CancellationTokenSource();             var ct = cts.Token;                          var t1 = Task.Factory.StartNew(() => GenerateMD5HasList(ct,'A'), ct);             //等待执行完成             t1.Wait();              var res = t1.Result;             for (int i = 0; i < res.Count; i++)             {                 Console.WriteLine(res[i]);             }

而这时的StartNew创建的类型是Task<List<String>>.StartNew源码如下：

public Task<TResult> StartNew<TResult>(Func<TResult> function)         {             StackCrawlMark stackMark = StackCrawlMark.LookForMyCaller;             Task currTask = Task.InternalCurrent;             return Task<TResult>.StartNew(currTask, function, m_defaultCancellationToken,                 m_defaultCreationOptions, InternalTaskOptions.None, GetDefaultScheduler(currTask), ref stackMark);         }

我们还可以将任务串联起来。比如上面的代码。避免写太多代码来检查前面一个任务是否完成。而ContinueWith这个方法可以用来串联多个任务。

var t1 = Task.Factory.StartNew(() => GenerateMD5HasList(ct,'A'), ct); var t2 = t1.ContinueWith((t) => {  for (int i = 0; i < t.Result.Count; i++)  {   Console.WriteLine(t.Result[i]);       } }); //可以等待t2执行完成 t2.Wait(); 

如果需要设置继续的条件，就要用到 TaskContinuationOptions ，它是一个枚举类型，用来控制另一个任务执行和调度的可选行为

var t2 = t1.ContinueWith((t) => OtherMethod(t), TaskContinuationOptions.NotOnCanceled);

NotOnCanceled，就是表示上个任务不取消的情况下执行。例如还有NotOnFaulted.如果上一个任务抛出了异常，那么就不会执行。这里就不一一例举了。

小结：这一章主要是将了基于任务的编程模型，学习了任务的创建、状态，以及如何取消、捕获异常和获得返回值，并能串行任务，任务的延续不仅能简化代码，而且还能帮助调度器对很快就要执行的任务采取正确的操作。下一章学习并发集合。

阅读书籍：《 C#并行编程高级教程 》  链接: 下载链：  http://pan.baidu.com/s/1bn1BdBx   密码: fn2d

喜欢看书，也喜欢分享书籍（不限技术书籍）的朋友，诚邀加入书山有路群q: 452450927 。

第三期书山有路，大家正在读《 女人的起源 》。 链接: http://pan.baidu.com/s/1ntEhMHz 密码: 84d8

在喜欢你的人那里，去热爱生活；在不喜欢你的人那里，去看清世界。