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多線程技術(shù)應(yīng)用之并行下載并通知運(yùn)行狀態(tài)

開發(fā) 后端
在這個(gè)版本中,我們使用Parallel.ForEach來(lái)并行處理文件的下載任務(wù)。我們使用了Partitioner.Create來(lái)創(chuàng)建任務(wù)的范圍,并使用ParallelOptions來(lái)控制并行度。

場(chǎng)景描述:

在面對(duì)需要下載大量文件或同時(shí)執(zhí)行大量任務(wù)的挑戰(zhàn)時(shí),多線程技術(shù)成為提高效率的關(guān)鍵工具。這種方法就像優(yōu)化了的生產(chǎn)線,各個(gè)部分同步協(xié)作,使整體工作更為流暢和迅速。

想象一下,你面臨一個(gè)包含1,000個(gè)文件下載或者有多個(gè)可以并行處理的任務(wù)的時(shí)候。在傳統(tǒng)的單線程模型中,這將是一個(gè)漫長(zhǎng)的等待過(guò)程。但通過(guò)多線程,我們可以將這個(gè)大任務(wù)拆分成多個(gè)小任務(wù)并行執(zhí)行,從而大大縮短完成時(shí)間,提高整體效率。

然而,僅僅完成任務(wù)是不夠的。為了確保用戶和其他相關(guān)方實(shí)時(shí)了解進(jìn)展情況,我們需要一個(gè)高效的進(jìn)度跟蹤和報(bào)告機(jī)制。這可以通過(guò)建立實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)或利用進(jìn)度條、日志和通知來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣用戶,都可以在任何時(shí)候了解項(xiàng)目的當(dāng)前狀態(tài)和預(yù)期進(jìn)度。

下面就思考兩種實(shí)現(xiàn)方式:多線程和并行庫(kù)的用法。主要是體會(huì)使用模型的使用。

多線程處理實(shí)現(xiàn)過(guò)程:

示例代碼:

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static int currentFile = 0;
    static object lockObject = new object();

    static void Main(string[] args)
    {
        const int NUM_FILES = 1000;
        const int NUM_THREADS = 20;

        // 創(chuàng)建一個(gè)計(jì)數(shù)器,以便在所有線程完成后更新狀態(tài)。
        CountdownEvent countdown = new CountdownEvent(NUM_THREADS);

        // 創(chuàng)建20個(gè)下載線程
        for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
        {
            int threadIndex = i;
            Task.Run(() =>
            {
                // 模擬下載過(guò)程
                for (int j = threadIndex; j < NUM_FILES; j += NUM_THREADS)
                {
                    DownloadFile(j);
                    ReportProgress(NUM_FILES);  // 報(bào)告下載進(jìn)度
                }

                // 當(dāng)前線程完成下載,向計(jì)數(shù)器發(fā)信號(hào)。
                countdown.Signal();
            });
        }

        // 等待所有線程完成
        countdown.Wait();

        // 所有線程都已完成,將狀態(tài)標(biāo)記為已完成。
        Console.WriteLine("所有文件下載已完成!");
    }

    static void DownloadFile(int fileIndex)
    {
        // 模擬下載過(guò)程
        Thread.Sleep(100);   // 假設(shè)每個(gè)文件需要10毫秒下載
        Console.WriteLine($"文件 #{fileIndex} 已下載完畢!");
    }

    static void ReportProgress(int NUM_FILES)
    {
        lock(lockObject)
        {
            int current = Interlocked.Increment(ref currentFile);
            Console.WriteLine($"當(dāng)前進(jìn)度:{current}/{NUM_FILES}");
        }
    }
}

定義常量:NUM_FILES表示總文件數(shù)量,這里設(shè)定為1000。NUM_THREADS表示線程數(shù)量,這里設(shè)定為20。

創(chuàng)建一個(gè)CountdownEvent對(duì)象countdown,用于在所有線程完成后更新狀態(tài)。

創(chuàng)建20個(gè)下載線程:

  • 使用Task.Run()創(chuàng)建一個(gè)任務(wù),并在每個(gè)任務(wù)中執(zhí)行相應(yīng)的操作。
  • 每個(gè)線程根據(jù)索引threadIndex來(lái)決定從哪個(gè)文件開始下載,通過(guò)循環(huán)遞增NUM_THREADS來(lái)實(shí)現(xiàn)線程間的文件分配。
  • 在循環(huán)中調(diào)用DownloadFile()方法來(lái)模擬下載文件,并在下載完成后調(diào)用ReportProgress()方法報(bào)告下載進(jìn)度。
  • 當(dāng)線程完成下載后,通過(guò)countdown.Signal()向計(jì)數(shù)器發(fā)信號(hào)。

使用countdown.Wait()等待所有線程完成。

所有線程都已完成,輸出提示信息:“所有文件下載已完成!”

DownloadFile()方法模擬文件下載過(guò)程:使用Thread.Sleep()方法來(lái)模擬下載耗時(shí),這里假設(shè)每個(gè)文件需要100毫秒下載。輸出下載完畢的文件信息。

ReportProgress()方法用于報(bào)告下載進(jìn)度:

  • 使用lock語(yǔ)句加鎖,確保多個(gè)線程同時(shí)操作currentFile變量時(shí)不會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)條件。
  • 使用Interlocked.Increment()原子地遞增currentFile變量,獲取當(dāng)前下載的文件數(shù)。
  • 輸出當(dāng)前下載進(jìn)度信息。

總體而言,該程序通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)線程來(lái)并行下載文件,并使用計(jì)數(shù)器來(lái)跟蹤所有線程的完成狀態(tài)。每個(gè)線程負(fù)責(zé)下載部分文件,并在完成后報(bào)告當(dāng)前的下載進(jìn)度。最后,當(dāng)所有線程都完成時(shí),輸出下載完成的提示信息。

使用并行庫(kù)的處理過(guò)程:

示例代碼:

using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Collections.Concurrent;

class Program
{
    static int currentFile = 0;
    static object lockObject = new object();
    static void Main(string[] args)
    {
        const int NUM_FILES = 1000;

        // 使用ParallelOptions來(lái)跟蹤并行任務(wù)的進(jìn)度
        var parallelOptions = new ParallelOptions
        {
            MaxDegreeOfParallelism = 20 // 設(shè)置最大并行度
        };

        // 使用Parallel.ForEach并行下載文件
        Parallel.ForEach(
            Partitioner.Create(0, NUM_FILES), // 使用分區(qū)器創(chuàng)建任務(wù)范圍
            parallelOptions,
            (range, loopState) =>
            {
                for (int j = range.Item1; j < range.Item2; j++)
                {
                    DownloadFile(j);
                    ReportProgress(NUM_FILES);  // 報(bào)告下載進(jìn)度
                }
            });

        // 所有任務(wù)完成后輸出信息
        Console.WriteLine("所有文件下載已完成!");
    }

    static void DownloadFile(int fileIndex)
    {
        // 模擬下載過(guò)程
        Task.Delay(100).Wait(); // 假設(shè)每個(gè)文件需要100毫秒下載
        Console.WriteLine($"文件 #{fileIndex} 已下載完畢!");
    }

    static void ReportProgress(int NUM_FILES)
    {
        lock(lockObject)
        {
            int current = Interlocked.Increment(ref currentFile);
            Console.WriteLine($"當(dāng)前進(jìn)度:{current}/{NUM_FILES}");
        }
    }
}

初始化并行任務(wù):使用并行庫(kù),你可以利用Parallel.For或Parallel.ForEach來(lái)簡(jiǎn)化并行任務(wù)的創(chuàng)建和管理。這些方法會(huì)自動(dòng)處理任務(wù)的分發(fā)和管理,無(wú)需手動(dòng)管理線程。

分發(fā)任務(wù):Parallel.For或Parallel.ForEach會(huì)根據(jù)可用的處理器核心數(shù)或任務(wù)的工作量自動(dòng)分發(fā)任務(wù)。你只需指定任務(wù)的起始和結(jié)束范圍。

報(bào)告進(jìn)度:由于Parallel類提供了內(nèi)置的機(jī)制來(lái)跟蹤任務(wù)的進(jìn)度,所以你可能需要使用ParallelOptions和ParallelLoopState來(lái)跟蹤和報(bào)告任務(wù)的進(jìn)度。

在這個(gè)版本中,我們使用Parallel.ForEach來(lái)并行處理文件的下載任務(wù)。我們使用了Partitioner.Create來(lái)創(chuàng)建任務(wù)的范圍,并使用ParallelOptions來(lái)控制并行度。此外,進(jìn)度報(bào)告也被稍微簡(jiǎn)化,因?yàn)镻arallel類本身提供了一個(gè)更簡(jiǎn)潔的方法來(lái)處理這種情況。

責(zé)任編輯:姜華 來(lái)源: 今日頭條
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