33. Библиотека параллельных задач

Библиотека параллельных задач (Task Parallel Library, TPL) является частью платформы .NET 4 и представляет собой набор типов в пространствах имён System.Threading.Tasks и System.Threading. Эта библиотека предназначена для повышения производительности разработчиков за счёт упрощения добавления параллелизма в приложения. Она динамически масштабирует степень параллелизма для наиболее эффективного использования всех доступных процессорных ядер.

TPL обеспечивает три уровня организации параллелизма:

1. Параллелизм на уровне задач. Библиотека обеспечивает высокоуровневую работу с пулом потоков, позволяя явно структурировать параллельно исполняющийся код с помощью легковесных задач. Планировщик библиотеки выполняет диспетчеризацию задач, а также предоставляет единообразный механизм отмены задач и обработки исключительных ситуаций.

2. Параллелизм при императивной обработке данных. Библиотека содержит параллельные реализации основных итеративных операторов, таких как циклы for и foreach. При этом выполнение автоматически распределяется на все процессорные ядра вычислительной системы.

3. Параллелизм при декларативной обработке данных реализуется при помощи параллельного интегрированного языка запросов (PLINQ). PLINQ выполняет запросы LINQ параллельно, обеспечивая масштабируемость и загрузку процессорных ядер.

33.1. Параллелизм на уровне задач

Параллелизм на уровне задач – базовый элемент TPL. Задача (task) – сущность, которая в целом подобна потоку. Основное различие заключается в том, что исполнением задач управляет специальный планировщик, опирающийся в своей работе на пул потоков.

Для представления задач используются классы Task и Task<T>, размещённые в пространстве имён System.Threading.Tasks. Табл. 20 содержит описание элементов класса Task.

Таблица 20

Элементы класса Task

Имя элемента	Описание
AsyncState	Объект, заданный при создании задачи как аргумент Action<object>
ContinueWith(), ContinueWith<T>()	Используются для указания метода, выполняемого после завершения текущей задачи
CreationOptions	Опции, указанные при создании задачи (тип TaskCreationOptions)
CurrentId	Статическое свойство типа int?, которое возвращает целочисленный идентификатор текущей задачи
Dispose()	Освобождение ресурсов, связанных с задачей
Exception	Возвращает объект типа AggregateException, который соответствует исключению, прервавшему выполнение задачи
Factory	Доступ к фабрике, содержащей методы создания Task и Task<T>
Id	Целочисленный идентификатор задачи
IsCanceled	Булево свойство, указывающее, была ли задача отменена
IsCompleted	Свойство равно true, если выполнение задачи успешно завершилось
IsFaulted	Свойство равно true, если задача сгенерировала исключение
RunSynchronously()	Запуск задачи синхронно
Start()	Запуск задачи асинхронно
Status	Возвращает текущий статус задачи (объект типа TaskStatus)
Wait()	Приостанавливает текущий поток до завершения задачи
WaitAll()	Статический метод; приостанавливает текущий поток до завершения всех указанных задач
WaitAny()	Статический метод; приостанавливает текущий поток до завершения любой из указанных задач

Для создания задачи используется один из перегруженных конструкторов класса Task. При этом указывается аргумент типа Action – метод, выполняемый в задаче. Если необходим метод с параметром, используется Action<object> и дополнительный аргумент типа object.

Action m1 = () => {

Thread.Sleep(2000);

Console.WriteLine("Done");

};

Action<object> m2 = obj => {

Thread.Sleep(1000);

Console.WriteLine(obj.ToString());

};

var t1 = new Task(m1);

var t2 = new Task(m2, 25);

Перегруженные конструкторы класса Task принимают опциональные аргументы типа CancellationToken и TaskCreationOptions. Перечисление TaskCreationOptions задаёт вид задачи (например, LongRunning – долгая задача). Структура CancellationToken применяется для прерывания задачи.

var t1 = new Task(m1, TaskCreationOptions.LongRunning);

Созданная задача ставится в очередь планировщика и запускается при помощи методов Start() или RunSynchronously(). Второй метод запускает задачу в текущем потоке. Оба метода могут принимать аргумент типа TaskScheduler (пользовательский планировщик задач).

// используем задачи t1 и t2, объявленные выше

t1.Start(); // асинхронный запуск

t2.RunSynchronously(); // синхронный запуск

Console.WriteLine("Tasks were started"); // напечатано через 1 сек.

Метод ContinueWith() позволяет создать цепочку задач. Этот метод принимает объект-делегат, инкапсулирующий метод продолжения. Метод ContinueWith() можно вызвать как до, так и после старта задачи.

t1.ContinueWith(task => Console.WriteLine("After task " + task.Id));

Методы Wait(), WaitAll() и WaitAny() останавливают основной поток до завершения задачи (или задач). Перегруженные версии методов позволяют задать период ожидания завершения и токен отмены.

t1.Wait(1000);

Task.WaitAll(t1, t2);

Класс Task<T> наследуется от Task и описывает задачу, возвращающую значение типа T. Дополнительно к элементам базового класса, Task<T> объявляет свойство Result для хранения вычисленного значения. Конструкторы класса Task<T> принимают аргументы типа Func<T> и Func<object, T> (опционально – аргументы типа CancellationToken и TaskCreationOptions).

Func<int> func = () => {

Thread.Sleep(2000);

return 100;

};

var task = new Task<int>(func);

Console.WriteLine(task.Status); // Created

task.Start();

Console.WriteLine(task.Status); // WaitingToRun

task.Wait();

Console.WriteLine(task.Result); // 100

Класс TaskFactory содержит набор методов, соответствующих некоторым сценариям использования задач – StartNew(), FromAsync(), ContinueWhenAll(), ContinueWhenAny(). Экземпляр TaskFactory доступен через статическое свойство Task.Factory.

Task.Factory.StartNew(() => {

Thread.Sleep(2000);

Console.WriteLine("Done");

});