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浅谈C#之任务调度TaskScheduler

article 2025/1/21 12:01:57

一、基本介绍

TaskScheduler 是一个抽象类，用于控制任务的执行方式，特别是它们如何被安排到线程池中的线程上执行。

TaskScheduler 负责将 Task 对象排队并决定何时、以何种方式执行这些任务。

二、TaskScheduler的作用

调度任务：将任务分配给线程池中的线程执行。

控制并发：通过限制同时执行的任务数量来控制并发级别。

异常处理：虽然不是直接由 TaskScheduler 处理异常，但它通过控制任务的执行环境间接影响了异常的处理方式。

三、TaskScheduler的关键点

默认调度器：大多数情况下，任务默认在 TaskScheduler.Default 调度器上运行，它通常与线程池中的线程关联。

自定义调度器：你可以创建自定义的 TaskScheduler 来控制任务的执行方式，例如，限制任务并发数或在特定的线程上运行任务。

任务调度：你可以使用 TaskScheduler 来调度任务的执行，例如，使用 Task.Run 方法时可以指定调度器。

同步上下文：在 UI 应用程序中，TaskScheduler 通常与 SynchronizationContext 一起使用，以确保任务在正确的线程上执行，例如在 UI 线程上更新 UI 元素。

任务调度器的层次结构：TaskScheduler 可以有一个或多个父调度器，这允许你创建复杂的任务调度层次结构。

四、TaskScheduler的简单例子

using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 获取默认的任务调度器
        TaskScheduler defaultScheduler = TaskScheduler.Default;

        // 创建一个任务
        Task myTask = new Task(() =>
        {
            Console.WriteLine("Task is running on: " + TaskScheduler.Current.ToString());
        });

        // 在默认调度器上运行任务
        myTask.Start(defaultScheduler);

        // 等待任务完成
        myTask.Wait();
    }
}

五、TaskScheduler的完整例子

步骤 1: 创建自定义 TaskScheduler 类

首先，我们需要创建一个继承自 TaskScheduler 的类，并实现必要的方法。

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

public class LimitedConcurrencyLevelTaskScheduler : TaskScheduler
{
    private readonly int _maxDegreeOfParallelism;
    private readonly ConcurrentQueue<Task> _tasks = new ConcurrentQueue<Task>();
    private readonly CancellationTokenSource _cts = new CancellationTokenSource();
    private readonly object _lockObject = new object();
    private int _currentActiveTasks;

    public LimitedConcurrencyLevelTaskScheduler(int maxDegreeOfParallelism)
    {
        if (maxDegreeOfParallelism <= 0) throw new ArgumentOutOfRangeException("maxDegreeOfParallelism");
        _maxDegreeOfParallelism = maxDegreeOfParallelism;
    }

    protected override void QueueTask(Task task)
    {
        _tasks.Enqueue(task);
    }

    protected override bool TryExecuteTaskInline(Task task, bool taskWasPreviouslyQueued)
    {
        return false;
    }

    protected override IEnumerable<Task> GetScheduledTasks()
    {
        return _tasks;
    }

    public void Start()
    {
        for (int i = 0; i < _maxDegreeOfParallelism; i++)
        {
            Thread thread = new Thread(() =>
            {
                try
                {
                    while (!_tasks.IsEmpty || !_cts.Token.IsCancellationRequested)
                    {
                        Task task;
                        if (_tasks.TryDequeue(out task))
                        {
                            base.TryExecuteTask(task);
                        }
                        else
                        {
                            Thread.Yield();
                        }
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine("Thread encountered an exception: " + ex.Message);
                }
            });

            thread.IsBackground = true;
            thread.Start();
        }
    }

    public void Stop()
    {
        _cts.Cancel();
    }
}

步骤 2: 使用自定义 TaskScheduler

现在我们可以使用这个自定义的 TaskScheduler 来调度任务。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        LimitedConcurrencyLevelTaskScheduler scheduler = new LimitedConcurrencyLevelTaskScheduler(2);
        scheduler.Start();

        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            Task.Run(() => DoWork(i), scheduler);
        }

        Console.WriteLine("Press any key to exit...");
        Console.ReadKey();
        scheduler.Stop();
    }

    static void DoWork(int workItemId)
    {
        Console.WriteLine($"Work item {workItemId} is running on thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        Thread.Sleep(1000); // Simulate work by sleeping
    }
}