線程隊列
在web應用中，單個進程或者機器的響應速度有限，相似大量數據導入導出的操做的數量若是不加限制，會致使服務器cpu被吃滿，致使其餘一些很簡單的請求沒法及時響應的問題。針對這個限制提出了以下要求。
1. 先到達的請求先執行: 先入先出原則
2. 只能同時執行若干請求:避免cpu被吃滿
3. 異步執行:若是長時間執行會長期佔用iis的工做線程web
基於上述的要求我設計了一個隊列。這個隊列咱們須要稍微提一個組件，ParallelExtensionsExtrasapi
這是微軟提供的一個線程的擴展,具體的自行搜索下相關資料，這裏開始的時候我並無用這個組件，而是本身對task的封裝，可是實際上task仍是利用的線程池，線程池默認的線程數10個，並不能知足某些場景對多個現成的要求，因而在漫長的搜索過程當中才發現了這個組建。緩存
這裏我主要用到兩個對TaskScheduler的擴展安全
QueuedTaskScheduler：對task進行排隊執行，執行時在Thread環境中，而且能夠控制線程的數量，相似自定義的線程池。服務器
ThreadPerTaskScheduler: 顧名思義就是在線程中執行每一個task。session
針對兩種區別在於，QueuedTaskScheduler 的線程是可複用的，在線程數量固定的狀況下推薦使用。多線程
ThreadPerTaskScheduler 只建立線程而不進行銷燬，每次執行一個task都是使用一個new一個thread執行。適用於在某些線程數量動態變化的狀況。併發
下面是實現代碼:app
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.Configuration;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading.Tasks.Schedulers;
using Coralcode.Framework.Data;
using Coralcode.Framework.Extensions;
using ThreadState = System.Threading.ThreadState;
namespace Coralcode.Framework.Task
{
/// <summary>
/// 線程隊列
/// 注意若是使用ScheduleType.Defaut 存在線程池數量限制
/// </summary>
public class TaskQueue
{
public static readonly TaskQueue Instance = new TaskQueue(1, ScheduleType.Thread);
/// <summary>
/// 獲取隊列
/// </summary>
/// <param name="maxCount">最大併發數</param>
/// <param name="type">執行計劃</param>
/// <returns></returns>
public static TaskQueue GetQueue(int maxCount,ScheduleType type=ScheduleType.Thread)
{
return new TaskQueue(maxCount, type);
}
/// <summary>
/// 獲取隊列
/// </summary>
/// <param name="maxCount">最大併發數</param>
/// <param name="name">隊列名稱</param>
/// <param name="type">執行計劃</param>
/// <returns></returns>
public static TaskQueue GetQueue(int maxCount, string name, ScheduleType type = ScheduleType.Thread)
{
return new TaskQueue(maxCount, name, type);
}
/// <summary>
/// 獲取隊列
/// </summary>
/// <param name="maxCount">最大併發數</param>
/// <param name="name">隊列名稱</param>
/// <param name="token">取消令牌</param>
/// <param name="type">執行計劃</param>
public static TaskQueue GetQueue(int maxCount, string name, CancellationToken token, ScheduleType type = ScheduleType.Thread)
{
return new TaskQueue(maxCount, name, token, type);
}
/// <summary>
/// 獲取隊列
/// </summary>
/// <param name="maxCount">最大併發數</param>
/// <param name="token">取消令牌</param>
/// <param name="type">執行計劃</param>
public static TaskQueue GetQueue(int maxCount, CancellationToken token, ScheduleType type = ScheduleType.Thread)
{
return new TaskQueue(maxCount, IdentityGenerator.NewGuidString(), token, type);
}
private ConcurrentQueue<System.Threading.Tasks.Task> _tasks;
private readonly int _limitedTaskCount;
private int _runningTaskCount;
private Thread _mainExcuteThread;
private CancellationToken _token;
private TaskScheduler _scheduler;
private TaskQueue(int maxCount, ScheduleType type) :
this(maxCount, IdentityGenerator.NewGuidString(), type)
{
}
private TaskQueue(int maxCount, string name, ScheduleType type) :
this(maxCount, name, CancellationToken.None, type)
{
}
private TaskQueue(int maxCount, string name, CancellationToken token, ScheduleType type)
{
_limitedTaskCount = maxCount;
_tasks = new ConcurrentQueue<System.Threading.Tasks.Task>();
Name = name;
_token = token;
switch (type)
{
case ScheduleType.Default:
_scheduler = new QueuedTaskScheduler(maxCount);
break;
case ScheduleType.Thread:
_scheduler = new ThreadPerTaskScheduler();
break;
default:
throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(type), type, null);
}
}
/// <summary>
/// 執行不帶返回結果的方法
/// </summary>
/// <param name="func"></param>
/// <returns></returns>
public System.Threading.Tasks.Task Execute(Action func)
{
var task = new System.Threading.Tasks.Task(func, _token);
_tasks.Enqueue(task);
if (_mainExcuteThread == null || _mainExcuteThread.ThreadState.HasFlag(ThreadState.Stopped))
{
_mainExcuteThread?.DisableComObjectEagerCleanup();
_mainExcuteThread = new Thread(NotifyThreadPendingWork);
_mainExcuteThread.Start();
}
return task;
}
/// <summary>
/// 執行帶返回結果的方法
/// </summary>
/// <typeparam name="TResult"></typeparam>
/// <param name="func"></param>
/// <returns></returns>
[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
public Task<TResult> Execute<TResult>(Func<TResult> func)
{
var task = new Task<TResult>(func, _token);
_tasks.Enqueue(task);
if (_mainExcuteThread == null || _mainExcuteThread.ThreadState.HasFlag(ThreadState.Stopped))
{
_mainExcuteThread?.DisableComObjectEagerCleanup();
_mainExcuteThread = new Thread(NotifyThreadPendingWork);
_mainExcuteThread.Priority = ThreadPriority.Highest;
_mainExcuteThread.Start();
}
return task;
}
private void NotifyThreadPendingWork()
{
try
{
while (true)
{
if (_token.IsCancellationRequested)
{
_tasks = new ConcurrentQueue<System.Threading.Tasks.Task>();
break;
}
System.Threading.Tasks.Task task;
if (!_tasks.TryDequeue(out task))
break;
task.Start(_scheduler);
Interlocked.Increment(ref _runningTaskCount);
task.ContinueWith(item =>
{
Interlocked.Decrement(ref _runningTaskCount);
});
//Debug.WriteLine("隊列{0},容許執行 {1} 條,等待線程爲 {2} ,執行中 {3} 條,時間爲 {4} ", _name, _limitedTaskCount, _tasks.Count, _runningTaskCount, DateTime.Now);
while (_runningTaskCount >= _limitedTaskCount)
{
Thread.Sleep(500);
}
}
}
finally
{
_runningTaskCount = 0;
}
}
/// <summary>
/// 線程隊列的名字
/// </summary>
public string Name { get; }
/// <summary>
/// 根據返回的task的id獲取到當前task排隊的位置
/// </summary>
/// <param name="taskId"></param>
/// <returns>返回-1表示正在執行，或者task沒有加進去，返回大於等於0則表示其順序</returns>
public int GetCurrentTaskIndex(int taskId)
{
lock (_tasks)
{
return _tasks.IndexOf(item => item.Id == taskId);
}
}
/// <summary>
/// 等待執行的線程數量
/// </summary>
public int WaitingTaskCount => _tasks.Count;
/// <summary>
/// 正在執行的線程數量
/// </summary>
public int RunningTaskCount => _runningTaskCount;
/// <summary>
/// 併發數
/// </summary>
public int LimitedTaskCount => _limitedTaskCount;
}
/// <summary>
///
/// </summary>
public enum ScheduleType {
/// <summary>
/// 線程池,默認方式
/// </summary>
Default,
/// <summary>
/// 自定義線程,ThreadPerTaskScheduler
/// </summary>
Thread
}
}
重點部分說明
1. ConcurrentQueue 自己在處理多線程環境因此採用線程安全的隊列。
2. ContinueWith 在任務執行完畢以後須要對執行的數量-1。
3. NotifyThreadPendingWork 這裏就是啓動另一個主線程來對任務進行分發。
4. 主線程分發來知足異步的需求。
5. CancellationToken 提供取消執行的功能。
6. 能夠採用默認也能夠本身實例化，而默認是一個線程，即考慮經常使用狀況，也提供擴展的功能。異步
測試代碼
寫出來這個隊列的部分可能只用了1小時，可是寫測試代碼和調試用了差很少半天時間才搞定。
線程的測試在單元測試中一直是難以控制的，在這個case中多個線程併發的狀況下，實時獲取排隊數量，執行中數量也是個很難測試的部分。
下面是測試代碼:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Coralcode.Framework.Task;
using Coralcode.Framework.Utils;
using iTextSharp.text;
using Microsoft.VisualStudio.TestTools.UnitTesting;
namespace FrameworkTest.Task
{
[TestClass]
public class TaskQueueTest
{
[TestMethod]
public void TwoTimesExcuteWithFreeBetweenTwoTimsTest()
{
var wantExecuteTaskCount = 10;
var maxCanExcuteTaskCount = 1;
var queue = TaskQueue.GetQueue(maxCanExcuteTaskCount);
var addList = new List<int>();
var executedList = new List<int>();
for (int i = 0; i < wantExecuteTaskCount; i++)
{
addList.Add(i);
}
/*
* 測試原理:
* 添加一批任務，等待執行完成之後在執行一次
* 第二次也能執行完畢,無報錯的話認爲,
* 隊列在執行完畢後自動暫停,等有新任務進來的時候能夠從新啓動
*/
addList.ForEach(index =>
{
var list = executedList;
queue.Execute(() =>
{
var item = index / maxCanExcuteTaskCount;
list.Add(item);
return true;
});
});
while (addList.Count != executedList.Count)
{
Thread.Sleep(1000);
}
Assert.AreEqual(queue.WaitingTaskCount, 0);
executedList.Clear();
for (int i = 0; i < wantExecuteTaskCount; i++)
{
addList.Add(i);
}
addList.ForEach(index =>
{
var list = executedList;
queue.Execute(() =>
{
var item = index / maxCanExcuteTaskCount;
list.Add(item);
return true;
});
});
while (addList.Count != executedList.Count)
{
Thread.Sleep(1000);
}
Assert.AreEqual(queue.WaitingTaskCount, 0);
}
[TestMethod]
public void ExecuteAsAddSequenceTest()
{
var wantExecuteTaskCount = 10;
var maxCanExcuteTaskCount = 1;
var queue = TaskQueue.GetQueue(maxCanExcuteTaskCount);
var addList = new List<int>();
var executedList = new List<int>();
for (int i = 0; i < wantExecuteTaskCount; i++)
{
addList.Add(i);
}
/*
* 測試原理:
* 按需添加,而後記錄執行,結果也必須是順序的
* 若是一次執行多條,那麼多條被認爲同一個批次
* 同一個批次的順序應該是一致的
*/
addList.ForEach(index =>
{
var list = executedList;
queue.Execute(() =>
{
var item = index / maxCanExcuteTaskCount;
list.Add(item);
return true;
});
});
while (addList.Count != executedList.Count)
{
Thread.Sleep(1000);
}
addList = addList.Select(item => item / maxCanExcuteTaskCount).Distinct().ToList();
executedList = executedList.Distinct().ToList();
for (int i = 0; i < addList.Count; i++)
{
Assert.AreEqual(addList[i], executedList[i]);
}
}
[TestMethod]
public void WaitCountTest()
{
var wantExecuteTaskCount = 10;
var maxCanExecuteTaskCount = 2;
var queue = TaskQueue.GetQueue(maxCanExecuteTaskCount);
var executedOrExecutingCount = 0;
/*
* 測試原理:
* 記錄執行了的數量
* 隊列中等待的數量 =最開始放入的數量-隊列運行執行的最大線程數-已經執行的數量
* 當全部的線程都在被執行時,隊列中等待數量爲0,可是還未執行完的話,直接用0來判斷
*/
var taskList = new List<System.Threading.Tasks.Task>();
for (int i = 0; i < wantExecuteTaskCount; i++)
{
var task = queue.Execute(() =>
{
Thread.Sleep(2000);
Debug.WriteLine("已執行的數量" + executedOrExecutingCount);
Interlocked.Increment(ref executedOrExecutingCount);
});
taskList.Add(task);
}
// ReSharper disable once LoopVariableIsNeverChangedInsideLoop
while (executedOrExecutingCount < wantExecuteTaskCount)
{
Thread.Sleep(700);
var queueWaitCount = queue.WaitingTaskCount;
var wantWaitCount = wantExecuteTaskCount - maxCanExecuteTaskCount - executedOrExecutingCount;
Debug.WriteLine("************");
Debug.WriteLine("隊列等待執行的數量" + queueWaitCount);
Debug.WriteLine("隊列指望等待執行的數量" + wantWaitCount);
Debug.WriteLine("************");
if (wantWaitCount < 0)
Assert.AreEqual(queueWaitCount, 0);
else
Assert.AreEqual(queueWaitCount, wantWaitCount);
}
}
[TestMethod]
public void WaitTest()
{
//System.Threading.Tasks.Task.Factory.StartNew(() =>
//{
// try
// {
// var str = HttpUtil.Get<string>("http://172.16.2.3:10004",
// "api/Acl/PermissionAuthorityApi/GetPermissionCountByApp?app=1");
// }
// catch (Exception e)
// {
// Console.WriteLine(e);
// throw;
// }
//});
var wantExecuteTaskCount = 10;
var maxCanExcuteTaskCount = 1;
var queue = TaskQueue.GetQueue(maxCanExcuteTaskCount);
var addList = new List<int>();
var executedList = new List<int>();
for (int i = 0; i < wantExecuteTaskCount; i++)
{
addList.Add(i);
}
var tasks = new List<System.Threading.Tasks.Task>();
/*
* 測試原理:
* 執行異步請求看最後是否成功執行
*/
addList.ForEach(index =>
{
var list = executedList;
var task = queue.Execute(() =>
{
try
{
var str = HttpUtil.Get<string>("http://172.16.2.3:10004",
"api/Acl/PermissionAuthorityApi/GetPermissionCountByApp?app=1");
}
catch (Exception e)
{
Console.WriteLine(e);
}
var item = index / maxCanExcuteTaskCount;
list.Add(item);
});
tasks.Add(task);
});
System.Threading.Tasks.Task.WaitAll(tasks.ToArray());
//System.Threading.Tasks.Task.WaitAll(tasks.ToArray());
addList = addList.Select(item => item / maxCanExcuteTaskCount).Distinct().ToList();
executedList = executedList.Distinct().ToList();
for (int i = 0; i < addList.Count; i++)
{
Assert.AreEqual(addList[i], executedList[i]);
}
}
[TestMethod]
public void ExceptionTestTest()
{
var wantExecuteTaskCount = 10;
var maxCanExecuteTaskCount = 2;
var queue = TaskQueue.GetQueue(maxCanExecuteTaskCount);
var executedOrExecutingCount = 0;
/*
* 發現部分狀況下隊列裏面的異常檢測不到
* 這裏作了測試
*/
queue.Execute(() =>
{
try
{
throw new Exception("測試異常");
}
catch (Exception ex)
{
Assert.IsNotNull(ex);
}
});
}
[TestMethod]
public void GetCurrentTaskIndexTeset()
{
var wantExecuteTaskCount = 10;
var maxCount = 10;
var waitSeconds = 1000;
var queue = TaskQueue.GetQueue(maxCount);
List< System.Threading.Tasks.Task> executeingTasks = new List<System.Threading.Tasks.Task>();
/*
* 測試方法:
* 假設併發爲10，那麼首先塞進去10個線程執行，
* 那麼後面的線程都在等待,
* 在放進去n個，則後面的正在排隊，返回的位置和放進去的位置一致
* 而以前放進去的10個都在執行，返回-1
*/
for (int i = 0; i < maxCount; i++)
{
var task= queue.Execute(() =>
{
try
{
Thread.Sleep(waitSeconds * 1000);
}
catch (Exception e)
{
Console.WriteLine(e);
}
});
executeingTasks.Add(task);
}
Dictionary<int,System.Threading.Tasks.Task> tasks = new Dictionary<int, System.Threading.Tasks.Task>();
for (int i = 0; i < wantExecuteTaskCount; i++)
{
var task = queue.Execute(() =>
{
try
{
Thread.Sleep(waitSeconds*1000);
}
catch (Exception e)
{
Console.WriteLine(e);
}
});
tasks.Add(i,task);
}
foreach (var task in executeingTasks)
{
Assert.AreEqual(queue.GetCurrentTaskIndex(task.Id), -1);
}
foreach (var task in tasks)
{
Assert.AreEqual(queue.GetCurrentTaskIndex(task.Value.Id),task.Key);
}
}
}
}
具體的代碼中都有每一個測試用例的設計思考。
注意事項
注意事項就是我在這裏踩過的坑
Session丟失
在web應用中session的存儲實際以線程爲基礎，相似ThreadLocal實現的線程隔離和靜態使用。
這裏再執行以前須要預先取出來要使用的對象而後再在action/func中使用
DbContext
1. 在ef中若是獲取一個dbcontext在另一個線程中保存就會報錯。
2. 若是一個從ef取出來的對象從一個線程傳遞到另一個線程，修改提交就會報錯。
3. 若是主線程和隊列中線程同時操做例如一個讀一個寫，或者同時寫，此時也會報錯
Ioc的問題
若是ioc採用prethread或者preresolve這兩種方式來管理生命週期，理論上在http請求結束的時候都要對線程中使用的對象進行釋放，
由於隊列爲異步那麼當請求結束時候線程卻還在執行，此時就會出現空指針的問題，或者ef中對象已經釋放。
最佳實踐
/// <summary>
/// 調用示例
///
/// </summary>
/// <typeparam name="TService"></typeparam>
public static void AsyncExecuteServiceAction<TService>(this TService service,string actionName,params object[] parameters)
where TService:CoralService
{
TaskQueue.Instance.Execute(() =>
{
using (var newservice = UnityService.Resolve<TService>())
{
newservice.InitContext(service.AppContext,service.UserContext,service.SessionContext,service.PageContext);
newservice.ExecuteMethod<object>(actionName, parameters);
}
});
}
1. service.AppContext,service.UserContext,service.SessionContext,service.PageContext 這是四種不一樣級別的緩存，理解爲session
2. using 的目的就是爲了釋放對象
3. 反射參數的方式只是爲了方便調用
總結
1. 代碼不難，直接拷貝就可使用，單元測試也是同樣
2. TPL我以爲是在.net技術中很好用的一部分，須要熟悉
3. 線程中有不少對象，鎖等問題，這個要隨着經驗不斷的挖坑填坑來增加經驗
展望
1. 前面說過兩種線程計劃，我這裏放入prethread是在某個工具中有壓力測試的部分，須要以最快的速度來建立線程，因此沒有采用複用的方式，具體後面有一個接口測試工具的系列文章來介紹。2. 這裏說的線程隊列，和前面動態類型序列化是後面一個做業調度系統的基礎，這部分還在設計和實現中，預計月底能夠在文章中和你們見面。3. 其實上一篇和這一篇都是在爲做業系統作鋪墊。4. 下一篇將介紹一個定時執行任務的設計。5. 雖然我一直以爲設計是最重要的，實現其次，可是要落地仍是要依賴於實現，因此這些基本的組件和幫助類仍是須要的。
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