解释C#中的任务并⾏库（TPL）及其⽤途

最新推荐文章于 2025-01-16 15:37:36 发布

原创最新推荐文章于 2025-01-16 15:37:36 发布 · 1.3k 阅读

15 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#c# #开发语言 #面试

C#多线程与并发编程面试题专栏收录该内容

50 篇文章

订阅专栏

任务并行库（Task Parallel Library, TPL）

概述

任务并行库（TPL）是 .NET Framework 中的一组功能，用于简化多线程和并行编程的实现。它提供了抽象化的任务（Task）和数据并行性工具，使开发者能够编写高效且可伸缩的并行代码，而无需直接管理线程。

TPL 是 .NET Framework 4.0 中引入的，它基于 Task 和 Task<TResult> 类构建，并与线程池紧密集成。TPL 还支持取消、等待和异常处理等高级功能。

TPL 的核心特点

任务抽象化
- 以 Task 为单位抽象地管理并行操作，而非直接操作线程。
- 自动处理线程池资源分配。
线程池管理
- TPL 使用线程池来管理任务，动态调整线程的数量以优化性能。
支持数据并行性
- 提供 Parallel.For 和 Parallel.ForEach 方法，实现循环的并行执行。
任务依赖关系
- 支持任务链和延续任务（Task.ContinueWith），实现任务间的依赖控制。
错误处理
- 内置异常捕获和聚合（AggregateException），让开发者能更方便地处理并行任务中的异常。
异步支持
- 与 async 和 await 深度集成，提供现代化异步编程模型。

TPL 的主要组成部分

Task 类

表示一个异步操作的逻辑单元。
支持启动、取消、等待和获取结果。

示例：

Task task = Task.Run(() =>
{
    Console.WriteLine("Task is running");
});
task.Wait(); // 等待任务完成

Parallel 类
- 提供数据并行性工具，如 Parallel.For 和 Parallel.ForEach。
- 自动将循环分配到多个线程中执行。
示例：
```
Parallel.For(0, 10, i =>
{
    Console.WriteLine($"Processing {i}");
});
```

PLINQ（Parallel LINQ）

用于并行处理数据查询。
提供 AsParallel() 方法，将查询转为并行执行。

示例：

var numbers = Enumerable.Range(1, 1000);
var evenNumbers = numbers.AsParallel().Where(n => n % 2 == 0).ToArray();

任务调度器（TaskScheduler）
- 控制任务的执行方式和线程分配策略。
- 默认调度器使用线程池，也可以自定义调度器。

TPL 的优势

开发简便
- 任务的抽象化使开发者不再需要直接操作线程。
资源利用率高
- TPL 动态管理线程池，减少线程上下文切换的开销。
可伸缩性
- 支持根据硬件配置自动调整并行任务的执行。
高级功能支持
- 内置任务取消、延续和异常处理功能。

TPL 的应用场景

CPU 密集型任务
- 如复杂计算或算法，利用并行任务分担计算负载。
示例：
```
Parallel.For(0, 1000, i =>
{
    Console.WriteLine($"Computing {i}");
});
```

I/O 密集型任务

如文件读取、网络请求等任务，结合异步操作提高效率。

示例：

Task<string> fetchData = Task.Run(() =>
{
    using (HttpClient client = new HttpClient())
    {
        return client.GetStringAsync("http://example.com").Result;
    }
});
Console.WriteLine(fetchData.Result);

大规模数据处理

使用 PLINQ 或 Parallel.ForEach 对海量数据进行并行处理。

示例：

List<int> data = Enumerable.Range(1, 100000).ToList();
Parallel.ForEach(data, number =>
{
    Console.WriteLine($"Processing number: {number}");
});

任务依赖管理

通过 Task.ContinueWith 创建任务链，实现任务之间的依赖关系。

示例：

Task<int> task1 = Task.Run(() => 10);
Task<int> task2 = task1.ContinueWith(t => t.Result * 2);
Console.WriteLine(task2.Result); // 输出 20

注意事项

任务取消

使用 CancellationToken 提供任务取消机制，避免不必要的任务执行。

示例：

CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
Task task = Task.Run(() =>
{
    while (!cts.Token.IsCancellationRequested)
    {
        Console.WriteLine("Running...");
        Thread.Sleep(1000);
    }
}, cts.Token);

Thread.Sleep(3000);
cts.Cancel();
task.Wait();