如何限制多个异步任务

本文关键字：异步 任务 何限制 | 更新日期: 2023-09-27 18:08:28

我有一些如下形式的代码:

static async Task DoSomething(int n) 
{
  ...
}
static void RunThreads(int totalThreads, int throttle) 
{
  var tasks = new List<Task>();
  for (var n = 0; n < totalThreads; n++)
  {
    var task = DoSomething(n);
    tasks.Add(task);
  }
  Task.WhenAll(tasks).Wait(); // all threads must complete
}

问题是，如果我不节流线程，事情就会开始崩溃。现在，我想最大限度地启动throttle线程，并且只在旧线程完成时启动新线程。我尝试了几种方法，但迄今为止都没有奏效。我遇到的问题包括:

  • tasks集合必须完全填充所有的任务，无论是活动的还是等待执行的，否则最后的.Wait()调用只会查看它开始时的线程。
  • 链接执行似乎需要使用Task.Run()或类似的方法。但是我需要从一开始就引用每个任务，并且实例化任务似乎会自动启动它，这是我不想要的。

如何做到这一点?

如何限制多个异步任务

首先，抽象出线程。特别是因为您的操作是异步的，所以根本不应该考虑"线程"。在异步世界中，你有任务，与线程相比，你可以有一个巨大的任务数量。

限制异步代码可以使用SemaphoreSlim:

static async Task DoSomething(int n);
static void RunConcurrently(int total, int throttle) 
{
  var mutex = new SemaphoreSlim(throttle);
  var tasks = Enumerable.Range(0, total).Select(async item =>
  {
    await mutex.WaitAsync();
    try { await DoSomething(item); }
    finally { mutex.Release(); }
  });
  Task.WhenAll(tasks).Wait();
}

IMO最简单的选择是使用TPL数据流。您只需创建一个ActionBLock，通过所需的并行性限制它并开始将项目发布到其中。它确保同一时间只运行一定数量的任务，当一个任务完成时，它开始执行下一个项目:

async Task RunAsync(int totalThreads, int throttle) 
{
    var block = new ActionBlock<int>(
        DoSomething,
        new ExecutionDataFlowOptions { MaxDegreeOfParallelism = throttle });
    for (var n = 0; n < totalThreads; n++)
    {
        block.Post(n);
    }
    block.Complete();
    await block.Completion;
}

如果我理解正确，您可以启动throttle参数中提到的有限数量的任务，并等待它们完成后再开始下一个任务。

在启动新任务之前等待所有已启动的任务完成，使用以下实现:

static async Task RunThreads(int totalThreads, int throttle)
{
    var tasks = new List<Task>();
    for (var n = 0; n < totalThreads; n++)
    {
        var task = DoSomething(n);
        tasks.Add(task);
        if (tasks.Count == throttle)
        {
            await Task.WhenAll(tasks);
            tasks.Clear();
        }
    }
    await Task.WhenAll(tasks); // wait for remaining
}

要在任务完成时添加任务，可以使用以下代码

static async Task RunThreads(int totalThreads, int throttle)
{
    var tasks = new List<Task>();
    for (var n = 0; n < totalThreads; n++)
    {
        var task = DoSomething(n);
        tasks.Add(task);
        if (tasks.Count == throttle)
        {
            var completed = await Task.WhenAny(tasks);
            tasks.Remove(completed);
        }
    }
    await Task.WhenAll(tasks); // all threads must complete
}

Stephen Toub在他的基于任务的异步模式文档中给出了以下节流示例。

const int CONCURRENCY_LEVEL = 15;
Uri [] urls = …;
int nextIndex = 0;
var imageTasks = new List<Task<Bitmap>>();
while(nextIndex < CONCURRENCY_LEVEL && nextIndex < urls.Length)
{
    imageTasks.Add(GetBitmapAsync(urls[nextIndex]));
    nextIndex++;
}
while(imageTasks.Count > 0)
{
    try
    {
        Task<Bitmap> imageTask = await Task.WhenAny(imageTasks);
        imageTasks.Remove(imageTask);
        Bitmap image = await imageTask;
        panel.AddImage(image);
    }
    catch(Exception exc) { Log(exc); }
    if (nextIndex < urls.Length)
    {
        imageTasks.Add(GetBitmapAsync(urls[nextIndex]));
        nextIndex++;
    }
}

微软的响应式扩展(Rx) - NuGet "Rx- main " -很好地解决了这个问题。

就这样做:

static void RunThreads(int totalThreads, int throttle) 
{
    Observable
        .Range(0, totalThreads)
        .Select(n => Observable.FromAsync(() => DoSomething(n)))
        .Merge(throttle)
        .Wait();
}

工作。

。. NET 6引入了Parallel.ForEachAsync。您可以这样重写代码:

static async ValueTask DoSomething(int n)
{
    ...
}
static Task RunThreads(int totalThreads, int throttle)
    => Parallel.ForEachAsync(Enumerable.Range(0, totalThreads), new ParallelOptions() { MaxDegreeOfParallelism = throttle }, (i, _) => DoSomething(i));

指出:

  • 我不得不将DoSomething函数的返回类型从Task更改为ValueTask。
  • 你可能想避免.Wait()调用，所以我使RunThreads方法异步。
  • 从您的示例中并不明显为什么需要访问单个任务。这段代码不能让您访问任务，但在许多情况下可能仍然很有帮助。

以下是一些基于Sriram Sakthivel答案的扩展方法变体。

在使用示例中，对DoSomething的调用被包装在显式强制转换闭包中，以允许传递参数。

public static async Task RunMyThrottledTasks()
{
    var myArgsSource = new[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    await myArgsSource
        .Select(a => (Func<Task<object>>)(() => DoSomething(a)))
        .Throttle(2);
}
public static async Task<object> DoSomething(int arg)
{
    // Await some async calls that need arg..
    // ..then return result async Task..
    return new object();
}
public static async Task<IEnumerable<T>> Throttle<T>(IEnumerable<Func<Task<T>>> toRun, int throttleTo)
{
    var running = new List<Task<T>>(throttleTo);
    var completed = new List<Task<T>>(toRun.Count());
    foreach(var taskToRun in toRun)
    {
        running.Add(taskToRun());
        if(running.Count == throttleTo)
        {
            var comTask = await Task.WhenAny(running);
            running.Remove(comTask);
            completed.Add(comTask);
        }
    }
    return completed.Select(t => t.Result);
}
public static async Task Throttle(this IEnumerable<Func<Task>> toRun, int throttleTo)
{
    var running = new List<Task>(throttleTo);
    foreach(var taskToRun in toRun)
    {
        running.Add(taskToRun());
        if(running.Count == throttleTo)
        {
            var comTask = await Task.WhenAny(running);
            running.Remove(comTask);
        }
    }
}

您需要的是一个自定义任务调度程序。您可以从System.Threading.Tasks.TaskScheduler派生一个类，并实现两个主要函数GetScheduledTasks(), QueueTask()，以及其他函数来获得对节流任务的完全控制。下面是一个详细的示例。

https://learn.microsoft.com/en us/dotnet/api/system.threading.tasks.taskscheduler?view=net - 5.0

您实际上可以模拟作为。net 6一部分引入的Parallel.ForEachAsync方法。为了模拟相同的情况，您可以使用以下代码:

public static Task ForEachAsync<T>(IEnumerable<T> source, int maxDegreeOfParallelism, Func<T, Task> body) {
    return Task.WhenAll(
        from partition in Partitioner.Create(source).GetPartitions(maxDegreeOfParallelism)
        select Task.Run(async delegate {
            using (partition)
                while (partition.MoveNext())
                    await body(partition.Current);
        }));
}
相关文章：