在后台运行一个长时间运行的并行任务，同时允许小的异步任务更新前台

Question

我有大约 10 000 000 个任务，每个任务需要 1-10 秒才能完成。 我在一个强大的服务器上运行这些任务，使用 50 个不同的线程，每个线程选择第一个未完成的任务，运行它，然后重复。

伪代码：

for i = 0 to 50:
    run a new thread:
        while True:
            task = first available task
            if no available tasks: exit thread
            run task

使用此代码，我可以在任何给定数量的线程上并行运行所有任务。

实际上，代码使用 C# 的 Task.WhenAll，如下所示：

ServicePointManager.DefaultConnectionLimit = threadCount; //Allow more HTTP request simultaneously
var currentIndex = -1;
var threads = new List<Task>(); //List of threads
for (int i = 0; i < threadCount; i++) //Generate the threads
{
    var wc = CreateWebClient();
    threads.Add(Task.Run(() =>
    {
        while (true) //Each thread should loop, picking the first available task, and executing it.
        {
            var index = Interlocked.Increment(ref currentIndex);
            if (index >= tasks.Count) break;
            var task = tasks[index];
            RunTask(conn, wc, task, port);
        }
    }));
}

await Task.WhenAll(threads);

这就像我想要的那样工作，但我有一个问题：由于这段代码需要很多时间来运行，我希望用户看到一些进展。 进度显示在彩色位图（代表矩阵）中，生成也需要一些时间（几秒钟）。

因此，我想在后台线程上生成此可视化。 但是这个其他后台线程永远不会执行。 我怀疑它与并行代码使用相同的线程池，因此被排队，并且在并行代码实际完成之前不会执行。 （这有点太晚了。）

这是我如何生成进度可视化的示例：

private async void Refresh_Button_Clicked(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    var bitmap = await Task.Run(() => // <<< This task is never executed!
    {
        //bla, bla, various database calls, and generating a relatively large bitmap
    });

    //Convert the bitmap into a WPF image, and update the GUI
    VisualizationImage = BitmapToImageSource(bitmap);
}

那么，我怎样才能最好地解决这个问题呢？ 我可以创建一个Task列表，其中每个Task代表我的一个任务，并使用 Parallel.Invoke 运行它们，然后选择另一个线程池（我认为）。 但随后我必须生成 1000 万个Task对象，而不仅仅是 50 个Task对象，运行我要做的一系列事情。 听起来它使用的 RAM 比必要的多得多。 对此有什么聪明的解决方案吗？

编辑：正如 Panagiotis Kanavos 在他的评论中建议的那样，我尝试用 ActionBlock 替换我的一些循环逻辑，如下所示：

// Create an ActionBlock<int> that performs some work. 
var workerBlock = new ActionBlock<ZoneTask>(
t =>
{
    var wc = CreateWebClient(); //This probably generates some unnecessary overhead, but that's a problem I can solve later.
    RunTask(conn, wc, t, port);
},
// Specify a maximum degree of parallelism. 
new ExecutionDataflowBlockOptions
{
    MaxDegreeOfParallelism = threadCount
});

foreach (var t in tasks) //Note: the objects in the tasks array are not Task objects
    workerBlock.Post(t);
workerBlock.Complete();

await workerBlock.Completion;

注意：RunTask 只是使用 WebClient 执行 Web 请求，并解析结果。 里面没有任何东西可以造成死锁。

这似乎像旧的并行代码一样工作，只是它需要一两分钟来执行初始 foreach 循环来发布任务。 这种延迟真的值得吗？

尽管如此，我的进度任务似乎仍然被阻止。 暂时忽略 Progress<T> 建议，因为这个简化的代码仍然遇到同样的问题：

private async void Refresh_Button_Clicked(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    Debug.WriteLine("This happens");
    var bitmap = await Task.Run(() =>
    {
        Debug.WriteLine("This does not!");
        //Still doing some work here, so it's not optimized away.
    };

    VisualizationImage = BitmapToImageSource(bitmap);
}

因此，只要并行任务正在运行，它看起来仍然不会执行新任务。 我什至将“MaxDegreeOfParallelism”从 50 减少到 5（在 24 核服务器上）以查看 Peter Ritchie 的建议是否正确，但没有改变。 还有其他建议吗？

另一个编辑：

问题似乎是我用所有同时阻塞的 I/O 调用使线程池过载。 我用 HttpClient 及其异步函数替换了 WebClient，现在一切似乎都运行良好。

感谢大家的好建议！ 尽管并非所有人都直接解决了问题，但我相信他们都改进了我的代码。 :)

Answer 1

.NET 已经提供了一种机制来报告IProgress<T>和Progress<T>实现的进度。

IProgress 接口允许客户端使用Report(T)类发布消息，而不必担心线程。 该实现确保在适当的线程（例如 UI 线程）中处理消息。 通过使用简单的IProgress< T>接口，后台方法与处理消息的人分离。

您可以在 4.5中的异步：在异步 API 中启用进度和取消一文中找到更多信息。 取消和进度 API 并非特定于 TPL。 即使对于原始线程，它们也可用于简化取消和报告。

Progress< T> 在创建它的线程上处理消息。 这可以通过在实例化类时传递处理委托或通过订阅事件来完成。 从文章复制：

private async void Start_Button_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    //construct Progress<T>, passing ReportProgress as the Action<T> 
    var progressIndicator = new Progress<int>(ReportProgress);
    //call async method
    int uploads=await UploadPicturesAsync(GenerateTestImages(), progressIndicator);
}

其中ReportProgress是一种接受 int 参数的方法。 它还可以接受一个复杂的类，报告已完成的工作、消息等。

异步方法只需要使用 IProgress.Report，例如：

async Task<int> UploadPicturesAsync(List<Image> imageList, IProgress<int> progress)
{
        int totalCount = imageList.Count;
        int processCount = await Task.Run<int>(() =>
        {
            int tempCount = 0;
            foreach (var image in imageList)
            {
                //await the processing and uploading logic here
                int processed = await UploadAndProcessAsync(image);
                if (progress != null)
                {
                    progress.Report((tempCount * 100 / totalCount));
                }
                tempCount++;
            }

            return tempCount;
        });
        return processCount;
}

这将后台方法与接收和处理进度消息的人分离。