C#系列-并行处理+异步流(5)

一,C#并行处理

 C#中,并行处理指的是同时执行多个任务或操作,以利用多核或多处理器的优势,从而提高应用程序的性能。C#提供了多种工具和框架来帮助开发者实现并行处理。以下是一些在C#中实现并行处理的方法:

  1. Parallel
    System.Threading.Tasks.Parallel 类提供了一系列静态方法,如 For, ForEach, Invoke 等,用于简化并行循环和操作的执行。

csharp代码

using System;

using System.Threading.Tasks;

class Program

{

static void Main()

{

// 使用 Parallel.For 并行执行循环

Parallel.For(0, 10, i =>

{

Console.WriteLine($"Processing {i} on thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");

});

}

}

2.Task Parallel Library (TPL)
TPL 是基于任务的并行编程模型,它提供了 Task 和 Task<T> 类来表示异步操作。Task.Run 方法用于在线程池线程上异步执行代码。

csharp代码

using System;

using System.Threading.Tasks;

class Program

{

static async Task Main()

{

// 使用 Task.Run 在线程池上异步执行方法

Task task1 = Task.Run(() => DoWork("Task 1"));

Task task2 = Task.Run(() => DoWork("Task 2"));

// 等待所有任务完成

await Task.WhenAll(task1, task2);

Console.WriteLine("All tasks completed.");

}

static void DoWork(string taskName)

{

Console.WriteLine($"{taskName} is running on thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");

// 模拟工作

Thread.Sleep(1000);

}

}

3.async await 关键字
这两个关键字用于编写异步方法,它们允许你以同步的方式编写异步代码,从而避免回调地狱和保持代码的清晰性。

csharp代码

using System;

using System.Threading.Tasks;

class Program

{

static async Task Main()

{

Console.WriteLine("Starting asynchronous operations...");

await Task.WhenAll(PerformAsyncOperation1(), PerformAsyncOperation2());

Console.WriteLine("All operations completed.");

}

static async Task PerformAsyncOperation1()

{

await Task.Run(() =>

{

Console.WriteLine("Async operation 1 is running on thread {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

// 模拟异步工作

Thread.Sleep(1000);

});

}

static async Task PerformAsyncOperation2()

{

await Task.Run(() =>

{

Console.WriteLine("Async operation 2 is running on thread {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

// 模拟异步工作

Thread.Sleep(1000);

});

}

}

4.数据并行处理
对于数据集合的处理,可以使用 Parallel.ForEach 或 Parallel.Invoke 来并行处理每个元素或操作。

csharp代码

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Threading.Tasks;

class Program

{

static void Main()

{

List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

// 使用 Parallel.ForEach 并行处理集合中的每个元素

Parallel.ForEach(numbers, number =>

{

Console.WriteLine($"Processing {number} on thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");

});

}

}

5.取消操作
使用 CancellationToken 和 CancellationTokenSource 可以提供取消正在进行的并行或异步操作的能力。

csharp代码

using System;

using System.Threading;

using System.Threading.Tasks;

class Program

{

static void Main()

{

CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

CancellationToken token = cts.Token;

Task task = Task.Run(() => DoWork(token), token);

// 在一段时间后取消任务

Thread.Sleep(2000);

cts.Cancel();

}

​​​​​​​二,异步流

 C#中,异步流(Asynchronous Streams)通常指的是使用异步编程模型(如asyncawait关键字)来处理数据流,这样可以避免阻塞调用线程,提高应用程序的响应性和性能。异步流在处理大量数据、网络请求或IO密集型操作时特别有用。

C#中,有几种方式可以处理异步流:

  1. 异步方法(Async Methods
    使用async和await关键字来编写异步方法,这些方法可以返回Task或Task<T>,并且可以在其中执行异步操作,如读取文件、访问网络等。

csharp代码

public async Task<Stream> GetStreamAsync()

{

// 模拟一个异步操作,例如从网络下载数据

await Task.Delay(1000);

return new MemoryStream(Encoding.UTF8.GetBytes("Some data"));

}

2.异步流处理(Asynchronous Stream Processing
使用StreamReader、StreamWriter、NetworkStream等类型的异步方法,可以逐块读取或写入数据,而不需要一次性加载整个流。

csharp代码

using (var stream = await GetStreamAsync())

using (var reader = new StreamReader(stream))

{

string line;

while ((line = await reader.ReadLineAsync()) != null)

{

// 处理每一行数据

Console.WriteLine(line);

}

}

3.异步枚举器(Asynchronous Enumerators
C# 8.0引入了异步枚举器,允许你创建可以异步迭代的集合。这通常用于实现异步数据流。

csharp代码

public async IAsyncEnumerable<int> GetAsyncEnumerable()

{

for (int i = 0; i < 10; i++)

{

await Task.Delay(100); // 模拟耗时操作

yield return i;

}

}

// 使用方式

foreach await (var item in GetAsyncEnumerable())

{

Console.WriteLine(item);

}

4.管道和流(Pipes and Streams
在.NET Core和.NET 5+中,System.IO.Pipes和System.Threading.Channels命名空间提供了额外的工具来创建和使用管道和通道,这些工具特别适合在进程间或线程间传递异步数据流。

csharp代码

var channel = Channel.CreateUnbounded<int>();

var reader = channel.Reader;

var writer = channel.Writer;

// 在一个任务中写入数据

Task.Run(async () =>

{

for (int i = 0; i < 10; i++)

{

await writer.WriteAsync(i);

await Task.Delay(100);

}

writer.Complete();

});

// 在另一个任务中读取数据

Task.Run(async () =>

{

while (await reader.WaitToReadAsync())

{

while (reader.TryRead(out var value))

{

Console.WriteLine(value);

}

}

});

在处理异步流时,重要的是要确保流的生命周期得到妥善管理,避免资源泄漏。使用using语句可以确保StreamStreamReaderStreamWriter等资源在使用后被正确释放。此外,当使用异步编程时,务必注意异常处理,因为异步操作可能会抛出未在调用线程上捕获的异常。

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