如何限制多个异步任务？

Question

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，如果我不限制线程，事情就会开始崩溃。现在，我想启动最多throttle 线程，并且只有在旧线程完成时才启动新线程。我尝试了几种方法，但到目前为止都没有奏效。我遇到的问题包括：

• tasks 集合必须完全填充所有任务，无论是活动的还是等待执行的，否则最终的 .Wait() 调用只会查看它开始使用的线程。
• 链接执行似乎需要使用Task.Run() 等。但是我从一开始就需要对每个任务的引用，并且实例化一个任务似乎会自动启动它，这是我不想要的。

如何做到这一点？

Answer 1

.NET 6 引入了Parallel.ForEachAsync。你可以像这样重写你的代码：

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));

注意事项：

• 我不得不将DoSomething 函数的返回类型从Task 更改为ValueTask。
• 您可能希望避免 .Wait() 调用，因此我将 RunThreads 方法设为异步。
• 从您的示例中看不出为什么需要访问各个任务。此代码不允许您访问任务，但在许多情况下可能仍然有用。

Answer 2

您实际上可以模拟作为 .NET 6 的一部分引入的 Parallel.ForEachAsync 方法。为了模拟相同的方法，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);
        }));
}

Answer 3

您需要的是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功能GetScheduledTasks()、QueueTask()，以及其他功能以获得对限制任务的完全控制。这是一个有据可查的例子。

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

Answer 4

首先，从线程中抽象出来。特别是由于您的操作是异步的，因此您根本不应该考虑“线程”。在异步世界中，您拥有任务，并且与线程相比，您可以拥有大量数量的任务。

可以使用SemaphoreSlim来限制异步代码：

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();
}

Answer 5

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);
        }
    }
}

Answer 6

IMO 最简单的选择是使用 TPL 数据流。您只需创建一个ActionBLock，将其限制为所需的并行度，然后开始向其中发布项目。它确保同时只运行一定数量的任务，当一个任务完成时，它开始执行下一项：

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;
}

Answer 7

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

这样做：

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

工作完成。

Answer 8

如果我理解正确，您可以启动throttle 参数提到的任务数量有限的任务，并等待它们完成后再开始下一步..

要在开始新任务之前等待所有已启动的任务完成，请使用以下实现。

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
}

要在完成时添加任务，您可以使用以下代码

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
}

Answer 9

Stephen Toub 在他的The Task-based Asynchronous Pattern 文档中给出了以下限制示例。

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++;
    }
}