c# 异步进阶———— 自定义 taskschedule[三]

前言

我们知道我们的task async 和 await 是基于线程池进行调度的。

但是async 和 await 也就是使用了默认的task调度，让其在线程池中运行。

但是线程池是榨干机器性能为本质的，但是有时候我们运行一些我们自己的需求，比如控制一下线程数（因为并不是线程数越高，就能有更高的性能），控制一下cpu使用，避免cpu使用太高。

正文

首先我们需要一个队列，因为我们需要让task进行保存到某个地方，这里选择队列，因为它简单，也一般符合我们先进先出（先到先运行）的想法。

public sealed class BlockingQueue<T>
{
	private readonly Queue<T> _queue = new Queue<T>();

	private readonly object _lock = new object();

	private readonly Semaphore _pool= new Semaphore(0, int.MaxValue);

	public void Enqueue(T item)
	{
		lock (_lock)
		{
			_queue.Enqueue(item);
            _pool.Release();
		}
	}

	public T Dequeue()
	{
		_pool.WaitOne();
		lock(_lock)
		{
			return _queue.Dequeue();
		}
	}
}

实现一个队列，那么希望是线程安全的，所以要给其进出加上lock。

同时希望,如果队列中为空的时候能够进行等待，不至于一直去轮询。

这里使用的是Semaphore，线程信号量，这个在后面会介绍到。

然后就到了实现线程池调度的时候:

public class TaskThreadPool : TaskScheduler, IDisposable
{
	private readonly BlockingQueue<Task> _queue = new BlockingQueue<Task>();

	private Thread[] _threads;
	private bool _disposed;
	private readonly object _lock = new object();

	public int ThreadCount { get; }

	public TaskThreadPool(int threadCount, bool isBackground = false)
	{
		if (threadCount < 1)
		{
			throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(threadCount), "Must be at least 1");
		}

		ThreadCount = threadCount;
		_threads = new Thread[threadCount];
		for (int i = 0; i < threadCount; i++)
		{
			_threads[i] = new Thread(ExcuteTasks)
			{
				IsBackground = isBackground 
			};
			_threads[i].Start();
		}
	}

	public Task Run(Action action) =>
		Task.Factory.StartNew(action, CancellationToken.None, TaskCreationOptions.None, this);

	private void ExcuteTasks()
	{
		while (true)
		{
			var task = _queue.Dequeue();
			if (task == null)
			{
				return;
			}

			TryExecuteTask(task);
		}
	}

	protected override IEnumerable<Task>? GetScheduledTasks()
	{
		return _queue.ToArray();
	}

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

	protected override bool TryExecuteTaskInline(Task task, bool taskWasPreviouslyQueued)
	{
		if (_disposed)
		{
			throw new ObjectDisposedException(typeof(TaskThreadPool).FullName);
		}

		return !taskWasPreviouslyQueued && TryExecuteTask(task);
	}

	public void Dispose()
	{
		lock (_lock)
		{
			if (_disposed)
			{
				return;
			}

			_disposed = true;
		}
		
		for (int i = 0; i < _threads.Length; i++)
			_queue.Enqueue(null);

		foreach (var thread in _threads)
			thread.Join();

		_threads = null;
		_queue.Dispose();
	}
}

代码也很简单常规，就是初始化多少个线程作为线程池，然后Task排队运行就行了,记得要释放资源。

这里dispose让其他线程进行停止的信号为:_queue.Enqueue(null).

private void ExcuteTasks()
{
	while (true)
	{
		var task = _queue.Dequeue();
		if (task == null)
		{
			return;
		}

		TryExecuteTask(task);
	}
}

其他线程消费到null，那么就应该停止了。

然后有一个run方法，可以直接让action，放进来运行:

public Task Run(Action action) =>
		Task.Factory.StartNew(action, CancellationToken.None, TaskCreationOptions.None, this);

总结一下基本思路：

1. 需要实现TaskScheduler,这样可以避免自己写一些任务运行的逻辑控制

2. 因为使用了信号量，所以BlockingQueue，然后 TaskThreadPool 需要使用到BlockingQueue,所以需要加上IDispose

3. 需要控制线程数，并在对象销毁的时候禁止新的task进入，运行完已经加入队列的任务

4. 需要有一个run方法，这样对外提供方便

考虑到信号量的释放，那么也完善了blockingqueue:

public sealed class BlockingQueue<T> : IDisposable
{
	private readonly Queue<T> _queue = new Queue<T>();

	private readonly object _lock = new object();

	private readonly Semaphore _pool= new Semaphore(0, int.MaxValue);

	public void Enqueue(T item)
	{
		lock (_lock)
		{
			_queue.Enqueue(item);
		}
	}

	public T Dequeue()
	{
		_pool.WaitOne();
		lock(_lock)
		{
			return _queue.Dequeue();
		}
	}

	public IEnumerable<T> ToArray()
	{
		return _queue.ToArray();
	}

	public void Dispose()
	{
		_pool.Dispose();
	}
}

结

简单写了一下自定义的线程池，上文中介绍到了Semaphore 这个信号量，下一节为Semaphore 的介绍和实现原理。