C# Task Parallel Library,TPL

System.Threading.Tasks

前言：

我们之前介绍了两种构建多线程软件的编程技术（使用异步委托或通过System.Threading的成员）。这两个可以在任何版本的.NET平台工作。

关于System.Threading 的介绍

关于 System.Threading.Tasks的介绍

  从.NET4.0开始，微软引入了一种全新的多线程应用程序开发方法，即使用TPL并行编程库。使用System.Threading.Tasks中的类型，可以构建可扩展的并行代码，而不必直接与线程和线程池打交道。我们使用TPL的时候也可以使用System,Thrading。这两种线程工具可以非常自然地一起工作。

  总体而言，System.Threading.Tasks中的类型被称为任务并行库（Task Parallel  Library,TPL）。

此命名空间中的一些类。

 

Parallel类的作用

TPL中一个十分重要的类时 System.Threading.Tasks.Parallel ，它提供了大量方法，能够以并行的方式迭代数据集合（实现了IEnumerable<T>的对象）。在SDK文档中查看Parallel类，你会发现该类支持两个主要的静态方法——Parallel.For()和Parallel.FoeEach(),每个方法都有很大的重载版本。

并行解释：我们知道foreach里面循环一次，然后再循环，再循环，那并行说的是尽可能把这些分开的一次次循环放在一起执行。加快了速度。

方法中的参数有两个可能需要了解一下，等具体在用到的时候在解释。

出了for,foreach方法外:

 

    这些方法可以用来编写并行执行的码体。这些语句的逻辑与普通循环（使用for或foreach关键字）中的逻辑完全相同。好处是，Parallel类将从线程池中为我们提取线程(和管理并发)。这个方法里面还需要使用System.Func<T>和System.Action<T>委托（到时候会专门介绍委托的时候在仔细介绍）来指定要调用的处理数据方法。

Func<T>委托：表示一个拥有给定返回值和不同数量参数的方法。

Action<t>委托：表示指向有几个参数的方法，但返回 void.

我们在使用For()，ForEach()方法时可以传递强类型的Func<T>或Action<T>委托对象，你也可以使用恰当的C#匿名方法或Lambda表达式来简化编程。

 

使用Parallel类的数据并行

  使用TPL的第一种方式是执行数据并行。使用For,ForEach方法以并行方式对数组或集合中的数据进行迭代。

列子：我们把一个文件夹中的图片，进行翻转，然后保存在别的文件夹中

普通的写法：

 

 private void ProcessFiles() 
{string[] files = Directory.GetFiles(@"C:\Users\Seali\Pictures\小牛电动", "*.*",    SearchOption.AllDirectories);string newDir = @"C:\ModefiedPictures";Directory.CreateDirectory(newDir);foreach (string item in files){string filename = Path.GetFileName(item);using (Bitmap bitma = new Bitmap(item)){bitma.RotateFlip(RotateFlipType.Rotate180FlipNone);//反转180度bitma.Save(Path.Combine(newDir, filename)); //保存this.Invoke((Action)delegate{textBox1.Text = string.Format("Processing {0} on thread {1}", filename, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);});}}
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{System.Diagnostics.Stopwatch sw = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew(); //用来计算运行时间ProcessFiles();double aa=sw.ElapsedMilliseconds / 1000.0;MessageBox.Show(aa+"s"); //计算我们完成这个方法用了多长时间
}

 

当我们执行此方法的时候，开始就一直卡这，结束了我们只能看到文本框上显示最后一次的名字，因为我们的线程阻塞了。因为我们在等待这个过程，所有卡顿。

换成我们的Parallel类的方法试一下

 

private void ProcessFiles()
{string[] files = Directory.GetFiles(@"C:\Users\Seali\Pictures\小牛电动", "*.*",    SearchOption.AllDirectories);string newDir = @"C:\ModefiedPictures";Directory.CreateDirectory(newDir);Parallel.ForEach(files, item =>       //对于集合处理很容易{string filename = Path.GetFileName(item);using (Bitmap bitma = new Bitmap(item)){bitma.RotateFlip(RotateFlipType.Rotate180FlipNone);bitma.Save(Path.Combine(newDir, filename));this.Invoke((Action)delegate     //在form对象上调用，允许次线程以线程安全的方式访问控件{    textBox1.Text = string.Format("Processing {0} on thread {1}", filename,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);    });}});
}

 

虽然速度上快了一些，但依然阻塞了。有没有办法让我们的线程不再阻塞，当然是有的，介绍我们的第二个类。

 

Task

 定义：表示一个异步操作。可以作为异步委托的简单替代品。

 

部分构造函数：

部分属性：

本文由机器翻译。若要查看英语原文，请勾选“英语”复选框。 也可将鼠标指针移到文本上，在弹出窗口中显示英语原文。

翻译 英语

TaskFactory 类

提供对创建和计划 Task 对象的支持。

部分方法：（此方法有很多的重载）

 

传入的委托，指向以异步方式进行调用的方法。居然是异步执行了，我们的主线程不再卡顿了，每循环一次文本框都会变一次了。

跟新我们的代码：

 

//创建一个新的任务来处理文件
Task.Factory.StartNew(() =>
{System.Diagnostics.Stopwatch sw = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew(); //用来计算运行时间ProcessFiles();double aa = sw.ElapsedMilliseconds / 1000.0;MessageBox.Show(aa + "s");
});

 

我们也可以取消请求。

Parallel.For()和Pallel.ForEach()方法都支持取消标记，我们调用方法时，传入一个ParallelOption对象，它包含一个CancekkationTokenSource对象。

 

 

ParallelOptions 类

存储配置的方法的操作的选项 Parallel 类。

 属性：

CancellationToken 结构

传播有关应取消操作的通知。

 

 除此之外我们还需要了解

CancellationTokenSource 类

向应该被取消的 CancellationToken 发送信号。

 

 

 所有，我们新加一个取消按钮。完整代码如下 

 

private CancellationTokenSource cancelToken = new CancellationTokenSource();
public Form1()
{InitializeComponent();
}private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{//创建一个新的任务来处理文件Task.Factory.StartNew(() =>{System.Diagnostics.Stopwatch sw = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew(); //用来计算运行时间ProcessFiles();double aa = sw.ElapsedMilliseconds / 1000.0;MessageBox.Show(aa + "s");});     
}private void ProcessFiles()
{//设置参数ParallelOptions parOpts = new ParallelOptions();parOpts.CancellationToken = cancelToken.Token;parOpts.MaxDegreeOfParallelism = System.Environment.ProcessorCount;string[] files = Directory.GetFiles(@"C:\Users\Seali\Pictures\小牛电动", "*.*",    SearchOption.AllDirectories);string newDir = @"C:\ModefiedPictures";Directory.CreateDirectory(newDir);try{Parallel.ForEach(files, item =>{parOpts.CancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();//抛异常string filename = Path.GetFileName(item);using (Bitmap bitma = new Bitmap(item)){bitma.RotateFlip(RotateFlipType.Rotate180FlipNone);bitma.Save(Path.Combine(newDir, filename));this.Invoke((Action)delegate     //在form对象上调用，允许次线程以线程安全的方式访问控件{textBox1.Text = string.Format("Processing {0} on thread {1}", filename, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);});}});}catch (OperationCanceledException ex){this.Invoke((Action)delegate //在form对象上调用，允许次线程以线程安全的方式访问控件{textBox1.Text = ex.Message;});}
}private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{//停止所有的工作者线程cancelToken.Cancel();
}

以上介绍的是数据并行处理。

使用注意：如果进行数据并行处理，循环的时候是字符串的追加，很小的机会会报错，这个需要注意下

例如：  我把循环换成了这个，发现有时候页面上显示有问题，上一次还没写完，下一次就已经开始了，然后拼接字符串就出现了问题，如果前一次跟下一次做的操作没什么联系用这个就很好

 

//Parallel.ForEach(dt.AsEnumerable().AsParallel(),
//item =>
//{
//    sb.Append("<section class=\"list\"   ><span class=\"wenbe hundred\">");
//    sb.AppendFormat("<p><u>编号：</u><em>{0}</em></p>", item["ContractNumber"]);
//    sb.AppendFormat("<p><u>合同名称：</u><em>{0}</em></p>", item["ContractName"]);
//    sb.AppendFormat("<p><u>签约单位/个人：</u><em>{0}</em></p>", item["ContractUnit"]);
//    sb.AppendFormat("<p><u>签约时间：</u><em>{0}</em></p>", Convert.ToDateTime(item["ContractTime"]).ToString("yyyy年MM月dd日 HH:mm:ss"));
//    sb.AppendFormat("<p><u>合同类型：</u><em>{0}</em></p>", item["ContractTypeName"]);
//    sb.AppendFormat("<p><u>责任社工：</u><em>{0}</em></p>", item["UserName"]);
//    sb.Append("</span>");
//    sb.Append("<section class=\"button\">");
//    if (audit)
//    {
//        sb.AppendFormat("<a href=\"javascript:showDiv('{0}');\">审核</a>", item["ID"]);
//    }
//    sb.Append("</section></section>");
//});

 

小提示：如何对DataTable里面的行并行处理。

按照我们的理解，我们把一个参数给个可迭代的类型，第二个参数给个委托，

这样写视乎没毛病，第一个参数是个集合，然而显示错误，如果你基础好的话你应该知道，可以迭代的集合需要实现IEnumerable接口或声明GetEnumerator方法的类型，

我们dt.Rows返回的仅仅只是个集合类型，并没实现这两个条件中的一个。

有一个非常简单的方法可以知道你的集合适不适用与迭代，把你的集合打点 看下有没有 AsEnumerable()  此方法，有的话就可以。

把集合换成这个就可以了

dt.AsEnumerable()

更多转换问题就可以参数LinQ语法

 

使用并行类的任务并行

  TPL还可以使用Parallel.Invoke()方法轻松触发多个异步任务.

列子：

点击下载按钮，从别的网站下载类容，然后在进行查询

string theBook;
private void btnDownload_Click(object sender, EventArgs e)
{//从别的网站下载数据，并把获取的数据赋值给文本框WebClient wc = new WebClient();  //这是System.Net里面的类//这个完成事件自己声明//wc.DownloadStringCompleted += wc_DownloadStringCompleted;//利用委托来完成事件  效果一样wc.DownloadStringCompleted += (s, eArg) =>{theBook = eArg.Result;  //得到下载的数据txtBook.Text = theBook;};           //下载数据  不会阻止线程wc.DownloadStringAsync(new Uri("http://www.gutenberg.org/files/98/98-8.txt"));   
}void wc_DownloadStringCompleted(object sender, DownloadStringCompletedEventArgs e)
{theBook = e.Result;txtBook.Text = theBook;
}

 

然后我们找出最长的单词和出现次数最多的10个单词

private void btnGetStatus_Click(object sender, EventArgs e)
{//从电子书中获取单词string[] words = theBook.Split(new char[] { ' ', '\u000A', ',', '.', ';', '-', '?', '/' }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);//找到最常用的个单词string[] tenMostCommon = null;  //= FindTenMostCommon(words);//获取最长的单词string longesWord = null;// = FindLongesWord(words);tenMostCommon = FindTenMostCommon(words);longesWord = FindLongesWord(words);StringBuilder sb = new StringBuilder("最常见的单词有：\n");foreach (string item in tenMostCommon){sb.AppendLine(item);}sb.AppendFormat("最长的单词是：{0}", longesWord);sb.AppendLine();MessageBox.Show(sb.ToString(), "Book info");
}    //查找出现次数前十单词
private string[] FindTenMostCommon(string[] words)
{var freQuencyOrder = from word in words where word.Length > 6 group word by word into g orderby g.Count() descending select g.Key;string[] commonWords = (freQuencyOrder.Take(10)).ToArray();return commonWords;
}//查找最长的单词
private string FindLongesWord(string[] words)
{return (from word in words orderby word.Length descending select word).FirstOrDefault();
}

可以修改我买的方法，让应用程序使用所有计算机中可用的CUP，加快速度 

 

 

//尽可能的同时执行这两个方法
Parallel.Invoke(() =>{tenMostCommon = FindTenMostCommon(words);}, () =>{longesWord = FindLongesWord(words);}
);

 

并行LINQ查询（PLINQ）

在System.Linq中的 ParallelEnumerable类提供了一扩展方法

定义：提供一组用于查询实现 ParallelQuery{TSource} 的对象的方法。 此命令的并行等效 Enumerable

它的扩展方法太多了，这里只写几个

例子：

 

 private void btnExecute_Click(object sender, EventArgs e)
{Task.Factory.StartNew(() =>  //防止线程阻塞{ProcessInfoData();});
}private void ProcessInfoData()
{int[] soure = Enumerable.Range(1, 10000000).ToArray();//生成一个很大的数组int[] modThreeIsZero = null;modThreeIsZero = (from num in soure where num % 3 == 0 orderby num descending select num).ToArray<int>();MessageBox.Show(string.Format("found {0} numbers that query", modThreeIsZero.Count()));
}

使用PLINQ查询

改动一下代码，如果可以使用TPL并行的执行该查询，调用AsParallel()

 

modThreeIsZero = (from num in soure.AsParallel() where num % 3 == 0 orderby num descending select num).ToArray<int>();

取消PLINQ查询，跟上面的类似，把状态传过来就可以了，看一下完整版

private CancellationTokenSource cancelToken = new CancellationTokenSource();
private void btnExecute_Click(object sender, EventArgs e)
{Task.Factory.StartNew(() =>  //防止线程阻塞{ProcessInfoData();});
}private void ProcessInfoData()
{int[] soure = Enumerable.Range(1, 10000000).ToArray();//生成一个很大的数组int[] modThreeIsZero = null;try{modThreeIsZero = (from num in soure.AsParallel() where num % 3 == 0 orderby num descending select num).ToArray<int>();MessageBox.Show(string.Format("found {0} numbers that query", modThreeIsZero.Count()));}catch (OperationCanceledException ex){this.Invoke((Action)delegate{this.Text = ex.Message;});}
}private void btnCancel_Click(object sender, EventArgs e)
{cancelToken.Cancel();
}

 

.NET 4.5 下的异步调用

注意啦，使用这个，你的版本需要到达4.5哦。

此版本新增了两个关键字，来简化了编写异步代码的过程。async和await关键字。

 

C#async和await关键字初深

   C#async关键字用来指定某个方法、Lambda表达式或匿名方法自动以一部的方式来调用。在调用async方法时，await关键字自动暂停但前线程中任何其他活动，直到任务完成，离开调用线程。

 例如：

 

private   void btnCallMethod_Click(object sender, EventArgs e)
{txtInput.Text =  DoWorkAsync();
}private  string DoWorkAsync() 
{Thread.Sleep(10000);return "Down with work!"; 
}

 

当我点击按钮的时候，需要等待10秒钟，文本框才能接受到类容，线程也阻塞了。用上面的方法实现起来需要写很多。但在.NET4.5下，我们可以这么写

在写之前，你要了解：

 

T代表返回的类型。

 

//async关键字修饰此方法
private  async  void btnCallMethod_Click(object sender, EventArgs e)   
{txtInput.Text = await DoWorkAsync();   //使用await接受类容   记住一点就可以了  async修饰了方法，里面一定要用await修饰Task.Run()
}private  Task<string>  DoWorkAsync() 
{//异步执行var d= Task.Run(() =>{Thread.Sleep(10000);return "Down with work!";});/先弹框MessageBox.Show(d.GetType().ToString());return d; 
}

 

 

此方法作为非阻塞调用。在被调用的方法名前面使用了await关键字。这很重要：如果async关键字修饰某个方法，但内部没有一个方法await方法调用，任会构建一个阻塞。

DoWork()的实现直接返回Task<T>对象，它是Task.Run()的返回值。   Task.Run(  retun T:)   Task,T>  

 

异步方法的命名预定 

 任何返回Task的方法都用“Async”作为后缀。

 

返回void的异步方法

 

private async Task MethodAsync() 
{await Task.Run(() =>{Thread.Sleep(4000);});
}

 

单个async方法中可以拥有多个await上下文

 

private async void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{await Task.Run(() => { Thread.Sleep(2000); });MessageBox.Show("我在做第一件事");await Task.Run(() =>{Thread.Sleep(2000);});MessageBox.Show("我在做第二件事");await Task.Run(()=>{Thread.Sleep(200);});MessageBox.Show("我在做第三件事");
}

 

执行了此方法，每等待两秒才会弹一次框，不会像上面那样先弹框。

关键点：

①方法（包括Lambda表达式和匿名方法）可以用async关键字标记，允许该方法以非阻塞的形式进行工作

②用async关键字标记的方法（包括Lambda表达式和匿名方法）在遇到await关键字之前将以阻塞的形式运行

③单个async方法可以拥有多个await上下文

④当遇到await表达式时，调用线程将挂起，直到await的任务完成。同时，控制将返回给方法的调用者（解释了为什么每等待2秒才弹框）

⑤await关键字将从视图中隐藏返回Task对象，直接返回实际的返回值。没有返回值的方法返回可以简单的返回void.

⑥根据命名预定，要被异步调用的方法应该以“Async”作为后缀

 

改进我们在System.Threading中的代码

//此方法不能用async标记
static void Main(string[] args)
{AddAsync();Console.ReadLine();
}private static async Task AddAsync()
{Console.WriteLine("开始你的表演：");Console.WriteLine("ID of thread in Mian():{0}",    Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);await Sum(10, 20);Console.WriteLine("其他的线程做完了");
}static async Task Sum(int a, int b)
{await Task.Run(() =>{Console.WriteLine("ID of thread in Add():{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);Console.WriteLine("{0}+{1} ={2}", a, b, a + b);});
}

 

速度是相当的快。 

基础也就介绍到这了。