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Task是什么Task是如何被调度的
基本的Task模拟实现
从最基本的Task用法开始
Task.Run(Action action)这个命令的作….net中使用Task可以方便地编写异步程序为了更好地理解Task及其调度机制接下来模拟Task的实现目的是搞清楚
Task是什么Task是如何被调度的
基本的Task模拟实现
从最基本的Task用法开始
Task.Run(Action action)这个命令的作用是将action作为一项任务提交给调度器调度器会安排空闲线程来处理。 我们使用Job来模拟Task
public class Job
{private readonly Action _work;public Job(Action work) _work work;public JobStatus Status { get; internal set; }internal protected virtual void Invoke(){Status JobStatus.Running;_work();Status JobStatus.Completed;}public void Start(JobScheduler? scheduler null) (scheduler ?? JobScheduler.Current).QueueJob(this);public static Job Run(Action work){var job new Job(work);job.Start();return job;}
}public enum JobStatus
{Created,Scheduled,Running,Completed
}这里也定义了同Task一样的静态Run方法使用方式也与Task类似
Job.Run(() Console.WriteLine($Job1, thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}));作为对比使用Task时的写法如下多了await关键字后文会讨论。
await Task.Run(()() Console.WriteLine($Task1, thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}));调用Job.Run方法时会基于给定的Action创建一个Job然后执行job.Start(), 但Job没有立即开始执行而是通过QueueJob方法提交给了调度器由调度器来决定Job何时执行在Job真正被执行时会调用其Invoke方法此时给定的Action就会被执行了同时会对应修改Job的状态从Running到Completed。简单来说.net的Task的基本工作过程与这个粗糙的Job一样由此可见Task/Job代表一项具有某种状态的操作。
基于线程池的调度
但Task/Job的执行依赖与调度器这里用JobScheduler来模拟.net默认使用基于线程池的调度策略我们也模拟实现一个ThreadPoolJobScheduler 首先看下JobScheduler作为抽象基类其QueueJob方法将有具体的某个调度器ThreadPoolJobScheduler来实现:
public abstract class JobScheduler
{public abstract void QueueJob(Job job);public static JobScheduler Current { get; set; } new ThreadPoolJobScheduler();
}ThreadPoolJobScheduler实现的QueueJob如下
public class ThreadPoolJobScheduler : JobScheduler
{public override void QueueJob(Job job){job.Status JobStatus.Scheduled;var executionContext ExecutionContext.Capture();ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ ExecutionContext.Run(executionContext!,_ job.Invoke(), null));}
}ThreadPoolJobScheduler会将Job提交给线程池并将Job状态设置为Scheduled。
使用指定线程进行调度
JobScheduler的Current属性默认设置为基于线程的调度如果有其它调度器也可以更换但为什么要更换呢这要从基于线程的调度的局限说起对于一些具有较高优先级的任务采用这个策略可能会无法满足需求比如当线程都忙的时候新的任务可能迟迟无法被执行。对于这种情况.net可以通过设置TaskCreationOptions.LongRunning来解决解析来先用自定义的调度器来解决这个问题
public class DedicatedThreadJobScheduler : JobScheduler
{private readonly BlockingCollectionJob _queuesnew();private readonly Thread[] _threads;public DedicatedThreadJobScheduler(int threadCount){_threadsnew Thread[threadCount];for(int index0; index threadCount; index){_threads[index] new Thread(Invoke);}Array.ForEach(_threads, threadthread.Start());void Invoke(object? state){while(true){_queues.Take().Invoke();}}}public override void QueueJob(Job job){_queues.Add(job);}
}在启动DedicatedThreadJobScheduler时会启动指定数量的线程这些线程会不停地从队列中取出任务并执行。 接下来看看.net的TaskCreationOptions.LongRunning怎么用
await Task.Factory.StartNew(LongRunningMethod, TaskCreationOptions.LongRunning);static void LongRunningMethod()
{// Simulate a long-running operationConsole.WriteLine(Long-running task started on thread {0}., Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);Thread.Sleep(10000);Console.WriteLine(Long-running task finished on thread {0}., Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}任务顺序的编排
在使用Task时经常会使用await关键字来控制多个异步任务之间的顺序await实际上是语法糖在了解await之前先来看看最基本的ContinueWith方法。
var taskA Task.Run(() DateTime.Now);
var taskB taskA.ContinueWith(time Console.WriteLine(time.Result));
await taskB;模仿Task我们给Job也添加ContinueWith方法。
public class Job
{private readonly Action _work;private Job? _continue;public Job(Action work) _work work;public JobStatus Status { get; internal set; }internal protected virtual void Invoke(){Status JobStatus.Running;_work();Status JobStatus.Completed;_continue?.Start();}public void Start(JobScheduler? scheduler null) (scheduler ?? JobScheduler.Current).QueueJob(this);public static Job Run(Action work){var job new Job(work);job.Start();return job;}public Job ContinueWith(ActionJob tobeContinued){if (_continue null){var job new Job(() tobeContinued(this));_continue job;}else{_continue.ContinueWith(tobeContinued);}return this;}
}这个ContinueWith方法会将下一个待执行的Job放在_continue这样多个顺序执行的Job就会构成一个链表。 在当前Job的Invoke方法执行结束时会触发下一个Job被调度。 使用示例
Job.Run(()
{Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine(11);
}).ContinueWith(_
{Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine(12);
});进一步使用await关键字来控制
要像Task一样使用await需要Job支持有GetAwaiter方法。任何一个类型只要有了这个GetAwaiter方法就可以对其使用await关键字了。 c#的Task类中可以找到GetAwaiter
public TaskAwaiter GetAwaiter();然后TaskAwaiter继承了ICriticalNotifyCompletion接口
public readonly struct TaskAwaiterTResult : System.Runtime.CompilerServices.ICriticalNotifyCompletion照猫画虎也为Job添加一个最简单的JobAwaiter
public class Job
{...public JobAwaiter GetAwaiter() new(this);
}
JobAwaiter的定义如下
public struct JobAwaiter : ICriticalNotifyCompletion
{private readonly Job _job;public readonly bool IsCompleted _job.Status JobStatus.Completed;public JobAwaiter(Job job){_job job;if (job.Status JobStatus.Created){job.Start();}}public void GetResult() { }public void OnCompleted(Action continuation){_job.ContinueWith(_ continuation());}public void UnsafeOnCompleted(Action continuation) OnCompleted(continuation);
}添加了await后前面的代码也可以这样写
await F1();
await F2();static Job F1() new Job(()
{Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine(11);
});static Job F2() new Job(()
{Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine(12);
});总结
回顾开头的两个问题现在可以尝试给出答案了。
Task是什么Task是一种有状态的操作Created,Scheduled,Running,Completed是对耗时操作的抽象就像现实中的一项任务一样它的执行需要相对较长的时间它也有创建Created,安排Scheduled,执行Running,完成Completed的基本过程。任务完成当然需要拿到结果的这里的Job比较简单没有模拟具体的结果Task是如何被调度的默认采用基于线程池的调度即创建好Task后由线程池中的空闲线程执行具体什么时候执行、由哪个线程执行开发者是不用关心的在具体执行过程中 但由于.net全局线程池的局限对于一些特殊场景无法满足时比如需要立即执行Task此时可以通过TaskCreationOptions更改调度行为
另外await是语法糖它背后的实现是基于GetAwaiter由其返回ICriticalNotifyCompletion接口的实现并对ContinueWith做了封装。
