我没能实现始终在一个线程上运行 task

Posted on by hackdl

前文我们总结了在使用常驻任务实现常驻线程时，应该注意的事项。但是我们最终没有提到如何在处理对于带有异步代码的办法。本篇将接受笔者对于该内容的总结。

如何识别当前代码跑在什么线程上

一切开始之前，我们先来使用一种简单的方式来识别当前代码运行在哪种线程上。

最简单的方式就是打印当前线程名称和线程ID来识别。

private static void ShowCurrentThread(string work)
{
    Console.WriteLine($"{work} - {Thread.CurrentThread.Name} - {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}

通过这段代码，我们可以非常容易的识别三种不同情况下的线程信息。

[Test]
public void ShowThreadMessage()
{
    new Thread(() => { ShowCurrentThread("Custom thread work"); })
    {
        IsBackground = true,
        Name = "Custom thread"
    }.Start();

    Task.Run(() => { ShowCurrentThread("Task.Run work"); });
    Task.Factory.StartNew(() => { ShowCurrentThread("Task.Factory.StartNew work"); },
        TaskCreationOptions.LongRunning);

    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
// output
// Task.Factory.StartNew work - .NET Long Running Task - 17
// Custom thread work - Custom thread - 16
// Task.Run work - .NET ThreadPool Worker - 12

分别为：

  • 自定义线程 Custom thread
  • 线程池线程 .NET ThreadPool Worker
  • 由 Task.Factory.StartNew 创建的新线程 .NET Long Running Task

因此，结合我们之前昙花线程的例子，我们也可以非常简单的看出线程的切换情况：

[Test]
public void ShortThread()
{
    new Thread(async () =>
    {
        ShowCurrentThread("before await");
        await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(0.5));
        ShowCurrentThread("after await");
    })
    {
        IsBackground = true,
        Name = "Custom thread"
    }.Start();
    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
// output
// before await - Custom thread - 16
// after await - .NET ThreadPool Worker - 6

我们希望在同一个线程上运行 Task 代码

之前我们已经知道了，手动创建线程并控制线程的运行，可以确保自己的代码不会于线程池线程产生竞争，从而使得我们的常驻任务能够稳定的触发。

当时用于演示的错误示例是这样的：

[Test]
public void ThreadWaitTask()
{
    new Thread(async () =>
    {
        ShowCurrentThread("before await");
        Task.Run(() =>
        {
            ShowCurrentThread("inner task");
        }).Wait();
        ShowCurrentThread("after await");
    })
    {
        IsBackground = true,
        Name = "Custom thread"
    }.Start();
    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
// output
// before await - Custom thread - 16
// inner task - .NET ThreadPool Worker - 13
// after await - Custom thread - 16

这个示例可以明显的看出，中间的部分代码是运行在线程池的。这种做法会在线程池资源紧张的时候，导致我们的常驻任务无法触发。

因此，我们需要一种方式来确保我们的代码在同一个线程上运行。

那么接下来我们分析一些想法和效果。

加配！加配！加配！

我们已经知道了，实际上，常驻任务不能稳定触发是因为 Task 会在线程池中运行。那么增加线程池的容量自然就是最直接解决高峰的做法。 因此，如果条件允许的话，直接增加 CPU 核心数实际上是最为有效和简单的方式。

不过这种做法并不适用于一些类库的编写者。比如，你在编写日志类库，那么其实无法欲知用户所处的环境。并且正如大家所见，市面上几乎没有日志类库中由说明让用户只能在一定的 CPU 核心数下使用。

因此，如果您的常驻任务是在类库中，那么我们需要一种更为通用的方式来解决这个问题。

考虑使用同步重载

在 Task 出现之后，很多时候我们都会考虑使用异步重载的方法。这显然不是错误的做法，因为这可以使得我们的代码更加高效，提升系统的吞吐量。但是，如果你想要让 Thread 稳定的在同一个线程上运行，那么你需要考虑使用同步重载的方法。通过同步重载方法，我们的代码将不会出现线程切换到线程池的情况。自然也就实现了我们的目的。

总是使用 TaskCreationOptions.LongRunning

这个办法其实很不实际。因为任何一层没有指定，都会将任务切换到线程池中。

[Test]
public void AlwaysLogRunning()
{
    new Thread(async () =>
    {
        ShowCurrentThread("before await");
        Task.Factory.StartNew(() =>
        {
            ShowCurrentThread("LongRunning task");
            Task.Run(() => { ShowCurrentThread("inner task"); }).Wait();
        }, TaskCreationOptions.LongRunning).Wait();
        ShowCurrentThread("after await");
    })
    {
        IsBackground = true,
        Name = "Custom thread"
    }.Start();
    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
// output
// before await - Custom thread - 16
// LongRunning task - .NET Long Running Task - 17
// inner task - .NET ThreadPool Worker - 7
// after await - Custom thread - 16

所以说，这个办法可以用。但其实很怪。

自定义 Scheduler

这是一种可行，但是非常困难的做法。虽然说自定义个简单的 Scheduler 也不是很难，只需要实现几个简单的方法。但要按照我们的需求来实现这个 Scheduler 并不简单。

比如我们尝试实现一个这样的 Scheduler：

注意：这个 Scheduler 并不能正常工作。

class MyScheduler : TaskScheduler
{
    private readonly Thread _thread;
    private readonly ConcurrentQueue _tasks = new();

    public MyScheduler()
    {
        _thread = new Thread(() =>
        {
            while (true)
            {
                while (_tasks.TryDequeue(out var task))
                {
                    TryExecuteTask(task);
                }
            }
        })
        {
            IsBackground = true,
            Name = "MyScheduler"
        };
        _thread.Start();
    }

    protected override IEnumerable GetScheduledTasks()
    {
        return _tasks;
    }

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

    protected override bool TryExecuteTaskInline(Task task, bool taskWasPreviouslyQueued)
    {
        return false;
    }
}

上面的代码中，我们期待通过一个单一的线程来执行所有的任务。但实际上它反而是一个非常简单的死锁演示装置。

我们设想运行下面这段代码：

[Test]
public async Task TestLongRunningConfigureAwait()
{
    var scheduler = new MyScheduler();
    await Task.Factory.StartNew(() =>
    {
        ShowCurrentThread("BeforeWait");
        Task.Factory
            .StartNew(() =>
                {
                    ShowCurrentThread("AfterWait");
                }
                , CancellationToken.None, TaskCreationOptions.None, scheduler)
            .Wait();
        ShowCurrentThread("AfterWait");
    }, CancellationToken.None, TaskCreationOptions.None, scheduler);
}

这段代码中，我们期待，在一个 Task 中运行另外一个 Task。但实际上，这段代码会死锁。

因为，我们的 MyScheduler 中，我们在一个死循环中，不断的从队列中取出任务并执行。但是，我们的任务中，又会调用 Wait 方法。

我们不妨设想这个线程就是我们自己。

  1. 首先，老板交代给你一件任务，你把它放到队列中。
  2. 然后你开始执行这件任务，执行到一半发现，你需要等待第二件任务的执行结果。因此你在这里等着。
  3. 但是第二件任务这个时候也塞到了你的队列中。
  4. 这下好了，你手头的任务在等待你队列里面的任务完成。而你队列的任务只有你才能完成。
  5. 完美卡死。

因此，其实实际上我们需要在 Wait 的时候通知当前线程，此时线程被 Block 了，然后转而从队列中取出任务执行。在 Task 于 ThreadPool 的配合中，是存在这样的机制的。但是，我们自己实现的 MyScheduler 并不能与 Task 产生这种配合。因此需要考虑自定义一个 Task。跟进一步说，我们需要自定义 AsyncMethodBuilder 来实现全套的自定义。

显然者是一项相对高级内容，期待了解的读者，可以通过 UniTask1 项目来了解如何实现这样的全套自定义。

总结

如果你期望在常驻线程能够稳定的运行你的任务。那么：

  1. 加配，以避免线程池不够用
  2. 考虑在这部分代码中使用同步代码
  3. 可以学习自定义 Task 系统

参考

  • .NET Task 揭秘（2）：Task 的回调执行与 await2
  • Task3
  • TaskCreationOptions4
  • 这样在 C# 使用 LongRunningTask 是错的5
  • async 与 Thread 的错误结合6
  • 实现常驻任务除了避免昙花线程，还需要避免重返线程池7

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  • 本文作者： newbe36524
  • 本文链接： https://www.newbe.pro/Others/0x029-I-can-not-manage-to-always-run-task-on-one-thread/
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  1. https://github.com/Cysharp/UniTask↩

  2. https://www.cnblogs.com/eventhorizon/p/15912383.html↩

  3. https://threads.whuanle.cn/3.task/↩

  4. https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.tasks.taskcreationoptions?view=net-7.0&WT.mc_id=DX-MVP-5003606↩

  5. https://www.newbe.pro/Others/0x026-This-is-the-wrong-way-to-use-LongRunnigTask-in-csharp/↩

  6. https://www.newbe.pro/Others/0x027-error-when-using-async-with-thread/↩

  7. https://www.newbe.pro/Others/0x028-avoid-return-to-threadpool-in-longrunning-task↩

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