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任務并行庫 (TPL) 是所有 .NET 應用程序的基礎，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，包括鎖定、死鎖、await 和計劃，才能編寫出快速且可擴縮的解決方案。要擴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)和分析任務執(zhí)行的繁雜本質。此前，JetBrains推出了 Tasks（任務）視圖的第一次迭代，這個強大工具旨在幫助您了解當前應用程序流程中的既有任務。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)化機會。

.NET 應用程序中的任務執(zhí)行

在 .NET 中，Tasks（任務）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)計劃和執(zhí)行工作的高級概念。這通常很棒，因為它可以幫助開發(fā)者編寫更多命令式代碼，同時有效利用所有系統(tǒng)資源。雖然抽象相當不錯，但沒有一種抽象是完美的，而且有些時候，您必須同時處理多個任務的麻煩。其中包括死鎖、競爭條件和導致背壓的低效計劃。處理抽象并不意味著您不應該理解它們的運作方式和原因。通常，您負責計劃任務，但不知道這些任務何時以及如何完成。執(zhí)行是 .NET 運行時的工作。雖然您可能會看到預示問題即將發(fā)生的特定代碼模式，但診斷 Tasks（任務）問題的最佳方式是在運行時。下文將展示代碼庫中的一些常見場景，以及 Tasks（任務）視圖如何幫助您更好地理解您的應用程序。

常用任務

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

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

在這個示例中，有兩個任務：源自我們程序的主要任務和 BasicWork 方法。可以使用新的 Tasks（任務）視圖來確認這一點。在調試會話中，點擊 Tasks（任務）標簽頁查看下表。

選擇右上角的選項可以切換到 Graph（圖表）視圖。

將鼠標懸停在任意堆棧條目上即可在圖表視圖中查看行信息。

處理任務時，任何任務在任何時候都會具有以下五種狀態(tài)之一：

• Active（有效）：目前正在執(zhí)行和運行。
• Scheduled（已計劃）：任務已創(chuàng)建，但尚未執(zhí)行。
• Awaiting（等待）：任務已經等待，但可能正在等待其他任務。
• Blocked（阻塞）：任務位于堆棧頂部，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。
• Deadlocked（死鎖）：任務正在爭用資源，并且存在嚴重問題。

接下來看一看父任務。

父任務

通過父級操作，開發(fā)者可以按邏輯對任務進行分組。在任務中創(chuàng)建任務時，您可以使用 TaskCreationOptions.AttachedToParent 將新任務與包含任務綁定。

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; }

運行代碼并查看 Tasks（任務）視圖，您可以看到我們已經成功為子任務設置父任務。

請注意，每個新任務都有一個由 .NET 運行時指定的整數 Id。這些標識符有助于跟蹤當前流程中存在的任務。這次，圖表視圖顯示由 ParentedTasks 代碼產生的兩個異步邏輯堆棧，該代碼使用類似于 Wait 的方法并返回 Task.CompletedTask。

很好， 了解任務是相關還是已創(chuàng)建單獨邏輯堆棧，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）視圖如何幫助了解工作的計劃方式。

計劃任務

await 一項任務時，您可以有效地將工作安排在未來的時間。這項工作可以在計劃任務之后立即進行，也可以在執(zhí)行其他計劃任務之后進行。在下面的示例中，我們計劃了幾個任務并等待它們完成。

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，所有任務都計劃在未來執(zhí)行。您可以在 Tasks（任務）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行。

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

看著任務完成當然感覺棒極了，但這個過程也不應該沒完沒了。接下來，是處理任務時最可怕的情況：死鎖。

死鎖

死鎖最常見的原因是對某種鎖定機制保護的共享資源的爭用。鎖定在處理共享資源時必不可少，但可能導致應用中斷問題。

創(chuàng)造一個死鎖， 一起來了解 Tasks（任務）視圖如何幫助我們識別它。我們將計劃兩個任務，每個任務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) { } } })); }

運行代碼時，您會發(fā)現(xiàn)應用程序不會退出。在 Run（運行）工具欄中，點擊暫停按鈕來暫停應用程序。糟了，死鎖！太震驚了！（其實也沒有很震驚）。

圖表視圖更能說明問題，它展示了兩個競爭的任務及其原因。

雙擊任意一個死鎖的邏輯堆棧都會將您帶到死鎖的位置。

這種便捷的導航應該可以讓查找和解決死鎖變得非常簡單。

結論

Tasks（任務）視圖目前在 JetBrains Rider 2024.2 EAP 中可用，期待您的反饋。任務可能是 .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

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