c# - 管理许多重复的、CPU 密集型任务，并行运行？

Question

我需要尽可能快地不断执行 20 次重复的 CPU 密集型计算。所以有 20 个包含循环方法的任务:

while(!token.IsCancellationRequested) 

尽可能快地重复它们。所有计算同时进行。不幸的是，这使程序无响应，因此补充说:

await Task.Delay(15); 

此时程序没有挂起，但添加延迟不是正确的方法，它不必要地减慢了计算速度。它是没有 MVVM 的 WPF 程序。你建议用什么方法让所有 20 个任务同时工作？它们中的每一个都会在完成后不断重复。我想将 CPU(所有内核)利用率保持在最大值(或接近)以确保最佳效率。

编辑 :
有 20 个控件，用户可以在其中调整一些参数。计算在:

private async Task Calculate()
{
   Task task001 = null;
   task001 = Task.Run(async () => 
   {
      while (!CTSFor_task001.IsCancellationRequested)
      {
          await Task.Delay(15);
          await CPUIntensiveMethod();
      }
   }, CTSFor_task001.Token);
}

每个控件都是独立的。计算 100% 受 CPU 限制，没有 I/O 事件。 (所有值都来自变量)在计算过程中，一些 UI 项的值发生了变化:

 this.Dispatcher.BeginInvoke(new Action(() =>
     {
          this.lbl_001.Content = "someString";
     }));

Answer 1

让我把整个事情写下来作为答案。您混淆了两个相关但最终独立的概念(谢天谢地 - 这就是您可以从区别中受益的原因)。请注意，这些是我对这些概念的定义——您会听到大量相同事物的不同名称，反之亦然。

异步性是关于打破操作的强加同步性(即 op 1 等待 op 2，它等待 op 3，它等待 op 4 ......)。对我来说，这是更笼统的概念，但现在它更常用来表示我所说的“固有的异步性”——即。算法本身是异步的，我们只使用同步编程，因为我们必须这样做(感谢 await 和 async ，我们不再需要了，耶!)。

这里的关键思想是等待 .我不能在 CPU 上做任何事情，因为我在等待 I/O 操作的结果。这种异步编程基于异步操作几乎不占用 CPU 的思想——它们是 I/O 绑定(bind)的，而不是 CPU 绑定(bind)的。

并行性是一种特殊的一般异步性，其中操作不主要是相互等待。换句话说，我不是在等待，我是 工作 .如果我有四个 CPU 内核，理想情况下我可以使用四个计算线程来进行这种处理——在理想情况下，我的算法将随着可用内核的数量线性扩展。

由于异步性( 等待 )，无论可用逻辑内核的数量如何，使用更多线程都将提高明显速度。这是因为 99% 的时间，代码实际上并没有做任何工作，它只是在等待。

使用并行性( 工作 )，使用更多线程与可用工作核心的数量直接相关。

线条模糊了很多。那是因为你甚至可能不知道正在发生的事情，例如 CPU(和整个计算机)本身就是令人难以置信的异步 - 它显示的明显同步性只是为了让你同步编写代码；所有优化和异步性都受到这样一个事实的限制，即在输出时，一切都再次同步。如果每次执行 i ++ 时 CPU 都必须等待内存中的数据，您的 CPU 运行在 3 GHz 还是 100 MHz 都没有关系。您出色的 3 GHz CPU 将有 99% 的时间处于空闲状态。

话虽如此，您的计算任务受 CPU 限制。它们应该使用并行执行，因为它们正在工作。另一方面，UI 是 I/O 绑定(bind)的，它应该使用异步代码。

实际上，您所有的async Calculate方法的作用是它掩盖了它实际上并不是天生异步的事实。相反，您希望与 I/O 异步运行它。

换句话说，它不是 Calculate异步的方法。 UI 希望它与自身异步运行。删除所有 Task.Run从那里杂乱无章，它不属于。

接下来做什么？这取决于您的用例。基本上，有两种情况:

您希望任务始终在后台运行，始终从头到尾运行。在这种情况下，只需为它们每个创建一个线程，不要使用 Task一点也不。您可能还想探索一些选项，如生产者-消费者队列等，以优化不同可能计算任务的实际运行时间。实际的实现与您实际处理的内容紧密相关。

或者，您希望在 UI 操作上启动任务，然后在结果准备好时在启动它们的 UI 方法中使用结果值。在这种情况下，await终于来玩了:

private btn_Click(object sender, EventArgs e)
{
  var result = await Task.Run(Calculate);

  // Do some (little) work with the result once we get it
  tbxResult.Text = result;
}

async关键字实际上在您的代码中根本没有位置。

希望这现在更清楚了，请随时提出更多问题。