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任務(wù)并行庫 (TPL) 是所有 .NET 應(yīng)用程序的基礎(chǔ)，允許框架編寫和執(zhí)行多線程和并行代碼。此外，想要充分利用資源的開發(fā)者可能會借助 System.Threading 和 System.Threading.Tasks 中的類型編寫自定義代碼。只有掌握并發(fā)和線程的基礎(chǔ)，包括鎖定、死鎖、await 和計(jì)劃，才能編寫出快速且可擴(kuò)縮的解決方案。要擴(kuò)展對這些概念的理解，部分需要優(yōu)秀的工具來協(xié)助呈現(xiàn)和分析任務(wù)執(zhí)行的繁雜本質(zhì)。此前，JetBrains推出了 Tasks（任務(wù)）視圖的第一次迭代，這個(gè)強(qiáng)大工具旨在幫助您了解當(dāng)前應(yīng)用程序流程中的既有任務(wù)。本文將探究新的工具窗口，探討其基本 UI 元素，并演示一些常見場景。最后，您將有能力探索自己的代碼庫并發(fā)現(xiàn)優(yōu)化機(jī)會。

.NET 應(yīng)用程序中的任務(wù)執(zhí)行

在 .NET 中，Tasks（任務(wù)）提供了對并發(fā)和多線程等概念的抽象。其中的想法是減少對 CPU 核心和線程的顧慮，并處理并發(fā)計(jì)劃和執(zhí)行工作的高級概念。這通常很棒，因?yàn)樗梢詭椭_發(fā)者編寫更多命令式代碼，同時(shí)有效利用所有系統(tǒng)資源。雖然抽象相當(dāng)不錯，但沒有一種抽象是完美的，而且有些時(shí)候，您必須同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的麻煩。其中包括死鎖、競爭條件和導(dǎo)致背壓的低效計(jì)劃。處理抽象并不意味著您不應(yīng)該理解它們的運(yùn)作方式和原因。通常，您負(fù)責(zé)計(jì)劃任務(wù)，但不知道這些任務(wù)何時(shí)以及如何完成。執(zhí)行是 .NET 運(yùn)行時(shí)的工作。雖然您可能會看到預(yù)示問題即將發(fā)生的特定代碼模式，但診斷 Tasks（任務(wù)）問題的最佳方式是在運(yùn)行時(shí)。下文將展示代碼庫中的一些常見場景，以及 Tasks（任務(wù)）視圖如何幫助您更好地理解您的應(yīng)用程序。

常用任務(wù)

處理任務(wù)時(shí)，最可能出現(xiàn)的情況是使用的 API 會返回需要 async 和 await 關(guān)鍵字的任務(wù)。這些異步 API 位于 ASP.NET Core、MAUI 和 Entity Framework Core 中。許多開源項(xiàng)目也已轉(zhuǎn)向異步優(yōu)先 API 來支持開發(fā)者需求。我們來看一個(gè)簡單的示例。

await BasicWork(); async Task BasicWork() { await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1)); Console.WriteLine(" Hello Tasks View!"); }

在這個(gè)示例中，有兩個(gè)任務(wù)：源自我們程序的主要任務(wù)和 BasicWork 方法。可以使用新的 Tasks（任務(wù)）視圖來確認(rèn)這一點(diǎn)。在調(diào)試會話中，點(diǎn)擊 Tasks（任務(wù)）標(biāo)簽頁查看下表。

選擇右上角的選項(xiàng)可以切換到 Graph（圖表）視圖。

將鼠標(biāo)懸停在任意堆棧條目上即可在圖表視圖中查看行信息。

處理任務(wù)時(shí)，任何任務(wù)在任何時(shí)候都會具有以下五種狀態(tài)之一：

• Active（有效）：目前正在執(zhí)行和運(yùn)行。
• Scheduled（已計(jì)劃）：任務(wù)已創(chuàng)建，但尚未執(zhí)行。
• Awaiting（等待）：任務(wù)已經(jīng)等待，但可能正在等待其他任務(wù)。
• Blocked（阻塞）：任務(wù)位于堆棧頂部，執(zhí)行線程被阻塞（睡眠、等待鎖等）。堆棧中還有一些更高級別的任務(wù)。
• Deadlocked（死鎖）：任務(wù)正在爭用資源，并且存在嚴(yán)重問題。

接下來看一看父任務(wù)。

父任務(wù)

通過父級操作，開發(fā)者可以按邏輯對任務(wù)進(jìn)行分組。在任務(wù)中創(chuàng)建任務(wù)時(shí)，您可以使用 TaskCreationOptions.AttachedToParent 將新任務(wù)與包含任務(wù)綁定。

await ParentedTasks(); Task ParentedTasks() { // Parent task var parentTask = Task.Factory.StartNew(() => { Console.WriteLine("Parent task started."); // Child task var task = Task.Factory.StartNew(() => { Console.WriteLine("Child task started."); Task.Delay(2000).Wait(); // Simulating some work Console.WriteLine("Child task completed."); }, TaskCreationOptions.AttachedToParent); Console.WriteLine("Parent task doing some work."); }, TaskCreationOptions.AttachedToParent); // Wait for parent task to complete, which includes the children parentTask.Wait(); Console.WriteLine("Parent task completed."); return Task.CompletedTask; }

運(yùn)行代碼并查看 Tasks（任務(wù)）視圖，您可以看到我們已經(jīng)成功為子任務(wù)設(shè)置父任務(wù)。

請注意，每個(gè)新任務(wù)都有一個(gè)由 .NET 運(yùn)行時(shí)指定的整數(shù) Id。這些標(biāo)識符有助于跟蹤當(dāng)前流程中存在的任務(wù)。這次，圖表視圖顯示由 ParentedTasks 代碼產(chǎn)生的兩個(gè)異步邏輯堆棧，該代碼使用類似于 Wait 的方法并返回 Task.CompletedTask。

很好， 了解任務(wù)是相關(guān)還是已創(chuàng)建單獨(dú)邏輯堆棧，可以幫助您了解是否創(chuàng)建了潛在的競爭條件。接下來看看 Tasks（任務(wù)）視圖如何幫助了解工作的計(jì)劃方式。

計(jì)劃任務(wù)

await 一項(xiàng)任務(wù)時(shí)，您可以有效地將工作安排在未來的時(shí)間。這項(xiàng)工作可以在計(jì)劃任務(wù)之后立即進(jìn)行，也可以在執(zhí)行其他計(jì)劃任務(wù)之后進(jìn)行。在下面的示例中，我們計(jì)劃了幾個(gè)任務(wù)并等待它們完成。

await ScheduledWork();async Task ScheduledWork() { Console.Write("Let's work..."); var tasks = Enumerable .Range(1, 10) .Select((i) => Task.Run(() => Console.Write(i))); await Task.WhenAll(tasks); }

通過 Task.WhenAll 嘗試執(zhí)行所有提供的任務(wù)，所有任務(wù)都計(jì)劃在未來執(zhí)行。您可以在 Tasks（任務(wù)）視圖中看到此信息。

此外，使用 Task.WhenAll 會創(chuàng)建異步邏輯堆棧，所有操作都可以在該堆棧下運(yùn)行。

在調(diào)試會話期間逐步執(zhí)行代碼時(shí)，您將看到 Tasks（任務(wù)）列表隨著任務(wù)完成而縮減。您可能還會注意到多個(gè)任務(wù)在同時(shí)執(zhí)行。

看著任務(wù)完成當(dāng)然感覺棒極了，但這個(gè)過程也不應(yīng)該沒完沒了。接下來，是處理任務(wù)時(shí)最可怕的情況：死鎖。

死鎖

死鎖最常見的原因是對某種鎖定機(jī)制保護(hù)的共享資源的爭用。鎖定在處理共享資源時(shí)必不可少，但可能導(dǎo)致應(yīng)用中斷問題。

創(chuàng)造一個(gè)死鎖， 一起來了解 Tasks（任務(wù)）視圖如何幫助我們識別它。我們將計(jì)劃兩個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都嘗試鎖定相同的變量。

await Deadlock(); // This method will cause a deadlock // proceed with caution, oOOoOOoOo! async Task Deadlock() { object one = new(); object two = new(); var timer = new System.Timers.Timer( TimeSpan.FromSeconds(2) ) { Enabled = true, AutoReset = false }; timer.Elapsed += (_, _) => { // only see this if we're deadlocked Console.WriteLine("Deadlock"); }; await Task.WhenAll(Task.Run(() => { Console.WriteLine("Getting lock for one."); lock (one) { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("Getting lock two in first task."); lock (two) { } } }), Task.Run(() => { Console.WriteLine("Getting lock two in second task."); lock (two) { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("Getting lock one in second task."); lock (one) { } } })); }

運(yùn)行代碼時(shí)，您會發(fā)現(xiàn)應(yīng)用程序不會退出。在 Run（運(yùn)行）工具欄中，點(diǎn)擊暫停按鈕來暫停應(yīng)用程序。糟了，死鎖！太震驚了！（其實(shí)也沒有很震驚）。

圖表視圖更能說明問題，它展示了兩個(gè)競爭的任務(wù)及其原因。

雙擊任意一個(gè)死鎖的邏輯堆棧都會將您帶到死鎖的位置。

這種便捷的導(dǎo)航應(yīng)該可以讓查找和解決死鎖變得非常簡單。

結(jié)論

Tasks（任務(wù)）視圖目前在 JetBrains Rider 2024.2 EAP 中可用，期待您的反饋。任務(wù)可能是 .NET 開發(fā)的挑戰(zhàn)性部分，希望額外的工具可以幫助您克服這些挑戰(zhàn)。嘗試一下，看看它是否可以幫助您優(yōu)化現(xiàn)有代碼或找到代碼庫中存在已久的問題。

本博文英文原作者：Khalid Abuhakmeh

關(guān)于 JetBrains Rider

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