c#?taskscheduler任務(wù)調(diào)度器的實(shí)現(xiàn)

什么是taskscheduler？

synchronizationcontext是對“調(diào)度程序（scheduler）”的通用抽象。個(gè)別框架會有自己的抽象調(diào)度程序，比如system.threading.tasks。當(dāng)tasks通過委托的形式進(jìn)行排隊(duì)和執(zhí)行時(shí)，會用到system.threading.tasks.taskscheduler。和synchronizationcontext提供了一個(gè)virtual post方法用于將委托排隊(duì)調(diào)用一樣（稍后，我們會通過典型的委托調(diào)用機(jī)制來調(diào)用委托），taskscheduler也提供了一個(gè)abstract queuetask方法（稍后，我們會通過executetask方法來調(diào)用該task）。

通過taskscheduler.default我們可以獲取到task默認(rèn)的調(diào)度程序threadpooltaskscheduler——線程池（譯注：這下知道為什么task默認(rèn)使用的是線程池線程了吧）。并且可以通過繼承taskscheduler來重寫相關(guān)方法來實(shí)現(xiàn)在任意時(shí)間任意地點(diǎn)進(jìn)行task調(diào)用。例如，核心庫中有個(gè)類，名為system.threading.tasks.concurrentexclusiveschedulerpair，其實(shí)例公開了兩個(gè)taskscheduler屬性，一個(gè)叫exclusivescheduler，另一個(gè)叫concurrentscheduler。調(diào)度給concurrentscheduler的任務(wù)可以并發(fā)，但是要在構(gòu)造concurrentexclusiveschedulerpair時(shí)就要指定最大并發(fā)數(shù)（類似于前面演示的maxconcurrencysynchronizationcontext）；相反，在exclusivescheduler執(zhí)行任務(wù)時(shí)，那么將只允許運(yùn)行一個(gè)排他任務(wù)，這個(gè)行為很像讀寫鎖。

和synchronizationcontext一樣，taskscheduler也有一個(gè)current屬性，會返回當(dāng)前調(diào)度程序。不過，和synchronizationcontext不同的是，它沒有設(shè)置當(dāng)前調(diào)度程序的方法，而是在啟動task時(shí)就要提供，因?yàn)楫?dāng)前調(diào)度程序是與當(dāng)前運(yùn)行的task相關(guān)聯(lián)的。所以，下方的示例程序會輸出“true”，這是因?yàn)楹蛃tartnew一起使用的lambda表達(dá)式是在concurrentexclusiveschedulerpair的exclusivescheduler上執(zhí)行的（我們手動指定cesp.exclusivescheduler），并且taskscheduler.current也

using system;
using system.threading.tasks;
class program
{
  static void main()
  {
      var cesp = new concurrentexclusiveschedulerpair();
      task.factory.startnew(() =>
      {
          console.writeline(taskscheduler.current == cesp.exclusivescheduler);
      }, default, taskcreationoptions.none, cesp.exclusivescheduler)
      .wait();
  }
}

taskscheduler 任務(wù)調(diào)度器的原理

public abstract class taskscheduler
{
  // 任務(wù)入口，待調(diào)度執(zhí)行的 task 會通過該方法傳入，調(diào)度器會將任務(wù)安排task到指定的隊(duì)列（線程池任務(wù)隊(duì)列（全局任務(wù)隊(duì)列、本地隊(duì)列）、獨(dú)立線程、ui線程） 只能被.net framework調(diào)用，不能配派生類調(diào)用
 //
  protected internal abstract void queuetask(task task);
  // 這個(gè)是在執(zhí)行 task 回調(diào)的時(shí)候才會被執(zhí)行到的方法，放到后面再講
  protected abstract bool tryexecutetaskinline(task task, bool taskwaspreviouslyqueued);

protected abstract bool tryexecutetask(task task, bool taskwaspreviouslyqueued);

// 獲取所有調(diào)度到該 taskscheduler 的 task
protected abstract ienumerable<task>? getscheduledtasks();
}

.net中的任務(wù)調(diào)度器有哪些

線程池任務(wù)調(diào)度器：threadpooltaskscheduler、
核心庫任務(wù)調(diào)度器：concurrentexclusiveschedulerpair
ui任務(wù)調(diào)度器：synchronizationcontexttaskscheduler，并發(fā)度為1

平時(shí)我們在用多線程開發(fā)的時(shí)候少不了task，確實(shí)task給我們帶來了巨大的編程效率，在task底層有一個(gè)taskscheduler，它決定了task該如何被調(diào)度，而在.net framework中有兩種系統(tǒng)定義scheduler，第一個(gè)是task默認(rèn)的threadpooltaskscheduler，還是一種就是synchronizationcontexttaskscheduler（wpf），默認(rèn)的調(diào)度器無法控制任務(wù)優(yōu)先級，那么需要自定義調(diào)度器實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級控制。以及這兩種類型之外的如何自定義，這篇?jiǎng)偤煤痛蠹曳窒硪幌隆?/p>

一:threadpooltaskscheduler

這種scheduler機(jī)制是task的默認(rèn)機(jī)制，而且從名字上也可以看到它是一種委托到threadpool的機(jī)制，剛好也從側(cè)面說明task是基于threadpool基礎(chǔ)上的封裝，源代碼

threadpooltaskscheduler的原理：將指定的長任務(wù)開辟一個(gè)獨(dú)立的線程去執(zhí)行，未指定的長時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)就用線程池的線程執(zhí)行

internal sealed class threadpooltaskscheduler : taskscheduler
  {
//其他代碼
 protected internal override void queuetask(task task)
      {
          taskcreationoptions options = task.options;
          if (thread.isthreadstartsupported && (options & taskcreationoptions.longrunning) != 0)
          {
              // run longrunning tasks on their own dedicated thread.
              new thread(s_longrunningthreadwork)
              {
                  isbackground = true,
                  name = ".net long running task"
              }.unsafestart(task);
          }
          else
          {
              // normal handling for non-longrunning tasks.
              threadpool.unsafequeueuserworkiteminternal(task, (options & taskcreationoptions.preferfairness) == 0);
          }
      }
//其他代碼
}

二：synchronizationcontexttaskscheduler

使用條件：只有當(dāng)前程的同步上下文不為null時(shí)，該方法才能正常使用。例如在ui線程（wpf、 winform、 asp.net）中，ui線程的同步上下文不為null?？刂婆_默認(rèn)的當(dāng)前線程同步上下文為null，如果給當(dāng)前線程設(shè)置默認(rèn)的同步上下文synchronizationcontext.setsynchronizationcontext(new synchronizationcontext());就可以正常使用該方法。如果控制臺程序的線程未設(shè)置同步上下將引發(fā)【當(dāng)前的 synchronizationcontext 不能用作 taskscheduler】異常。

默認(rèn)的同步上下文將方法委托給線程池執(zhí)行。

使用方式：通過taskscheduler.fromcurrentsynchronizationcontext() 調(diào)用synchronizationcontexttaskscheduler。

原理：初始化時(shí)候捕獲當(dāng)前的線程的同步上下文。 將同步上下文封裝入任務(wù)調(diào)度器形成新的任務(wù)調(diào)度器synchronizationcontexttaskscheduler。重寫該任務(wù)調(diào)度器中的queuetask方法，利用同步上下文的post方法將任務(wù)送到不同的處理程序，如果是winform的ui線程同步上下文 的post方法（已重寫post方法），就將任務(wù)送到ui線程。如果是控制臺線程（默認(rèn)為null 設(shè)置默認(rèn)同步上下文后可以正常使用。默認(rèn)同步上下文采用線程池線程）就將任務(wù)送入線程池處理。

在winform中的同步上下文：windowsformssynchronizationcontext
在wpf中的同步上下文：dispatchersynchronizationcontext
在控制臺\線程池\new thread 同步上下文：都默認(rèn)為null。可以給他們設(shè)置默認(rèn)的同步上下文synchronizationcontext。synchronizationcontext.setsynchronizationcontext(new synchronizationcontext());

synchronizationcontext 綜述 | microsoft docs

以下是synchronizationcontexttaskscheduler部分源代碼

internal sealed class synchronizationcontexttaskscheduler : taskscheduler
  {
//初始化時(shí)候 ，捕獲當(dāng)前線程的同步上下文  
internal synchronizationcontexttaskscheduler()
      {
          m_synchronizationcontext = synchronizationcontext.current ??
              // make sure we have a synccontext to work with
              throw new invalidoperationexception(sr.taskscheduler_fromcurrentsynchronizationcontext_nocurrent);
      }
//其他代碼
private readonly synchronizationcontext m_synchronizationcontext;
protected internal override void queuetask(task task)
      {
          m_synchronizationcontext.post(s_postcallback, (object)task);
      }
//其他代碼
///改變post的調(diào)度方法、 調(diào)用者線程執(zhí)行各方面的任務(wù)操作
private static readonly sendorpostcallback s_postcallback = static s =>
      {
          debug.assert(s is task);
          ((task)s).executeentry(); //調(diào)用者線程執(zhí)行各方面的任務(wù)操作
      };
}

以下是synchronizationcontext部分源代碼

public partial class synchronizationcontext
  {
　　　　//其他代碼
　　　　public virtual void post(sendorpostcallback d, object? state) => threadpool.queueuserworkitem(static s => s.d(s.state), (d, state), preferlocal: false);
　　 //其他代碼
　　}

有了這個(gè)基礎(chǔ)我們再來看一下代碼怎么寫，可以看到，下面這段代碼是不阻塞uithread的，完美~~~

private void button1_click(object sender, eventargs e)
       {
           task task = task.factory.startnew(() =>
           {
               //復(fù)雜操作，等待10s
               thread.sleep(10000);
           }).continuewith((t) =>
           {
               button1.text = "hello world";
           }, taskscheduler.fromcurrentsynchronizationcontext());
       }

三：自定義taskscheduler

我們知道在現(xiàn)有的.net framework中只有這么兩種taskscheduler，有些同學(xué)可能想問，這些scheduler我用起來不爽，我想自定義一下，這個(gè)可以嗎？當(dāng)然?。?！如果你想自定義，只要自定義一個(gè)類實(shí)現(xiàn)一下taskscheduler就可以了，然后你可以將threadpooltaskscheduler簡化一下，即我要求所有的task都需要走thread，杜絕使用theadpool，這樣可以嗎，當(dāng)然了，不信你看。

namespace consoleapplication1
{
  class program
  {
      static void main(string[] args)
      {
          var task = task.factory.startnew(() =>
          {
              console.writeline("hello world！??！");
          }, new cancellationtoken(), taskcreationoptions.none, new perthreadtaskscheduler());
          console.read();
      }
  }
  /// <summary>
  /// 每個(gè)task一個(gè)thread
  /// </summary>
  public class perthreadtaskscheduler : taskscheduler
  {
      protected override ienumerable<task> getscheduledtasks()
      {
          return null;
      }
      protected override void queuetask(task task)
      {
          var thread = new thread(() =>
          {
              tryexecutetask(task);
          });
          thread.start();
      }
      protected override bool tryexecutetaskinline(task task, bool taskwaspreviouslyqueued)
      {
          throw new notimplementedexception();
      }
  }
}

創(chuàng)建一個(gè)與當(dāng)前synchronizationcontext關(guān)聯(lián)的taskscheduler。源代碼如下：

假設(shè)有一個(gè)ui app，它有一個(gè)按鈕。當(dāng)點(diǎn)擊按鈕后，會從網(wǎng)上下載一些文本并將其設(shè)置為按鈕的內(nèi)容。我們應(yīng)當(dāng)只在ui線程中訪問該按鈕，因此當(dāng)我們成功下載新的文本后，我們需要從擁有按鈕控制權(quán)的的線程中將其設(shè)置為按鈕的內(nèi)容。如果不這樣做的話，會得到一個(gè)這樣的異常：

system.invalidoperationexception: 'the calling thread cannot access this object because a different thread owns it.'

如果我們自己手動實(shí)現(xiàn)，那么可以使用前面所述的synchronizationcontext將按鈕內(nèi)容的設(shè)置傳回原始上下文，例如借助taskscheduler：

用法如下

private static readonly httpclient s_httpclient = new httpclient();
private void downloadbtn_click(object sender, routedeventargs e)
{
  s_httpclient.getstringasync("http://example.com/currenttime").continuewith(downloadtask =>
  {
      downloadbtn.content = downloadtask.result;
  }, taskscheduler.fromcurrentsynchronizationcontext());//捕獲當(dāng)前ui線程的同步上下文
}

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