C# 并發(fā)控制框架之單線程環(huán)境下實(shí)現(xiàn)每秒百萬(wàn)級(jí)調(diào)度
前言
在工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性和效率的要求越來(lái)越高。為了滿(mǎn)足這些需求，我們開(kāi)發(fā)了一款專(zhuān)為工業(yè)自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器視覺(jué)流程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的 C# 并發(fā)流程控制框架。
該框架不僅適用于各種工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景，還能在單線程環(huán)境下實(shí)現(xiàn)每秒百萬(wàn)次以上的調(diào)度頻率，從而從容應(yīng)對(duì)涉及成千上萬(wàn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的復(fù)雜任務(wù)。
并發(fā)流程控制框架
本框架提供一種全新的并發(fā)流程控制框架，它借鑒了Golang語(yǔ)言中的高效并發(fā)模式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了必要的功能擴(kuò)展?？蚣懿粌H能夠支持自定義的單/多線程調(diào)度機(jī)制，還允許在主UI線程中進(jìn)行調(diào)度，從而簡(jiǎn)化了邏輯與用戶(hù)界面之間的交互。
另外，該框架還集成了高精度定時(shí)器、可配置的調(diào)度優(yōu)先級(jí)、邏輯停止與暫停等功能，讓我們能夠更加靈活地管理和控制復(fù)雜的自動(dòng)化流程。
框架優(yōu)勢(shì)
- 相較于傳統(tǒng)模型：相對(duì)于傳統(tǒng)的多線程模型、狀態(tài)機(jī)模型以及類(lèi)PLC模型，本框架具有更加緊湊清晰的邏輯結(jié)構(gòu)，顯著提升了開(kāi)發(fā)效率，并簡(jiǎn)化了后續(xù)的維護(hù)與升級(jí)過(guò)程。
- 受Go語(yǔ)言啟發(fā)：框架的設(shè)計(jì)借鑒了 Go 語(yǔ)言中的高效并發(fā)模式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了必要的功能擴(kuò)展，以適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的具體需求。
- 靈活的調(diào)度機(jī)制：支持自定義單線程或多線程調(diào)度，同時(shí)也可在主 UI 線程中進(jìn)行調(diào)度，便于邏輯與用戶(hù)界面的交互，增強(qiáng)了用戶(hù)體驗(yàn)。
- 豐富的內(nèi)置功能：內(nèi)置高精度定時(shí)器、可配置的調(diào)度優(yōu)先級(jí)、邏輯停止與邏輯暫停功能，確保任務(wù)執(zhí)行的準(zhǔn)確性和可控性。
- 樹(shù)形多任務(wù)調(diào)度：采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)管理多任務(wù)調(diào)度，提高了邏輯的可靠性和系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。
- 卓越的性能表現(xiàn)：在單線程環(huán)境下，每秒可實(shí)現(xiàn)超過(guò)一百萬(wàn)次的調(diào)度頻率，能夠從容應(yīng)對(duì)成千上萬(wàn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的復(fù)雜場(chǎng)景。
- 廣泛的實(shí)踐驗(yàn)證：該框架已在多個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中成功應(yīng)用，證明了其穩(wěn)定性和可靠性。
框架示例
代碼中定義了一系列不同的任務(wù)執(zhí)行模式，展示如何通過(guò)不同的調(diào)度策略來(lái)管理并發(fā)任務(wù)。
- 全局變量
static shared_strand strand：全局共享的調(diào)度器，用于保證線程安全。
- 日志記錄函數(shù)
Log(string msg)：記錄帶有時(shí)間戳的日志信息到控制臺(tái)。
- 工作任務(wù)函數(shù)
Worker(string name, int time = 1000)：模擬一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，該任務(wù)會(huì)在指定的毫秒數(shù)后打印一條消息。
- 主函數(shù)
MainWorker()：異步主任務(wù)函數(shù)，依次調(diào)用前面定義的各種任務(wù)模式。
Main(string[] args)：程序入口點(diǎn)，初始化工作服務(wù)、共享調(diào)度器，并啟動(dòng)主任務(wù)。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using Go;
namespace WorkerFlow
{
class Program
{
static shared_strand strand;
static void Log(string msg)
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss.fff")} {msg}");
}
static async Task Worker(string name, int time = 1000)
{
await generator.sleep(time);
Log(name);
}
//1 A、B、C依次串行
//A->B->C
static async Task Worker1()
{
await Worker("A");
await Worker("B");
await Worker("C");
}
//2 A、B、C全部并行，且依賴(lài)同一個(gè)strand(隱含參數(shù)，所有依賴(lài)同一個(gè)strand的任務(wù)都是線程安全的)
//A
//B
//C
static async Task Worker2()
{
generator.children children = new generator.children();
children.go(() => Worker("A"));
children.go(() => Worker("B"));
children.go(() => Worker("C"));
await children.wait_all();
}
//3 A執(zhí)行完后，B、C再并行
// -->B
// |
//A->
// |
// -->C
static async Task Worker3()
{
await Worker("A");
generator.children children = new generator.children();
children.go(() => Worker("B"));
children.go(() => Worker("C"));
await children.wait_all();
}
//4 B、C都并行執(zhí)行完后，再執(zhí)行A
//B--
// |
// -->A
// |
//C--
static async Task Worker4()
{
generator.children children = new generator.children();
children.go(() => Worker("B"));
children.go(() => Worker("C"));
await children.wait_all();
await Worker("A");
}
//5 B、C任意一個(gè)執(zhí)行完后，再執(zhí)行A
//B--
// |
// >-->A
// |
//C--
static async Task Worker5()
{
generator.children children = new generator.children();
var B = children.tgo(() => Worker("B", 1000));
var C = children.tgo(() => Worker("C", 2000));
var task = await children.wait_any();
if (task == B)
{
Log("B成功");
}
else
{
Log("C成功");
}
await Worker("A");
}
//6 等待一個(gè)特定任務(wù)
static async Task Worker6()
{
generator.children children = new generator.children();
var A = children.tgo(() => Worker("A"));
var B = children.tgo(() => Worker("B"));
await children.wait(A);
}
//7 超時(shí)等待一個(gè)特定任務(wù)，然后中止所有任務(wù)
static async Task Worker7()
{
generator.children children = new generator.children();
var A = children.tgo(() => Worker("A", 1000));
var B = children.tgo(() => Worker("B", 2000));
if (await children.timed_wait(1500, A))
{
Log("成功");
}
else
{
Log("超時(shí)");
}
await children.stop();
}
//8 超時(shí)等待一組任務(wù)，然后中止所有任務(wù)
static async Task Worker8()
{
generator.children children = new generator.children();
children.go(() => Worker("A", 1000));
children.go(() => Worker("B", 2000));
var tasks = await children.timed_wait_all(1500);
await children.stop();
Log($"成功{tasks.Count}個(gè)");
}
//9 超時(shí)等待一組任務(wù)，然后中止所有任務(wù)，且在中止任務(wù)中就地善后處理
static async Task Worker9()
{
generator.children children = new generator.children();
children.go(() => Worker("A", 1000));
children.go(async delegate ()
{
try
{
await Worker("B", 2000);
}
catch (generator.stop_exception)
{
Log("B被中止");
await generator.sleep(500);
throw;
}
catch (System.Exception)
{
}
});
var task = await children.timed_wait_all(1500);
await children.stop();
Log($"成功{task.Count}個(gè)");
}
//10 嵌套任務(wù)
static async Task Worker10()
{
generator.children children = new generator.children();
children.go(async delegate ()
{
generator.children children1 = new generator.children();
children1.go(() => Worker("A"));
children1.go(() => Worker("B"));
await children1.wait_all();
});
children.go(async delegate ()
{
generator.children children1 = new generator.children();
children1.go(() => Worker("C"));
children1.go(() => Worker("D"));
await children1.wait_all();
});
await children.wait_all();
}
//11 嵌套中止
static async Task Worker11()
{
generator.children children = new generator.children();
children.go(() => Worker("A", 1000));
children.go(async delegate ()
{
try
{
generator.children children1 = new generator.children();
children1.go(async delegate ()
{
try
{
await Worker("B", 2000);
}
catch (generator.stop_exception)
{
Log("B被中止1");
await generator.sleep(500);
throw;
}
catch (System.Exception)
{
}
});
await children1.wait_all();
}
catch (generator.stop_exception)
{
Log("B被中止2");
throw;
}
catch (System.Exception)
{
}
});
await generator.sleep(1500);
await children.stop();
}
//12 并行執(zhí)行且等待一組耗時(shí)算法
static async Task Worker12()
{
wait_group wg = new wait_group();
for (int i = 0; i < 2; i++)
{
wg.add();
int idx = i;
var _ = Task.Run(delegate ()
{
try
{
Log($"執(zhí)行算法{idx}");
}
finally
{
wg.done();
}
});
}
await wg.wait();
Log("執(zhí)行算法完成");
}
//13 串行執(zhí)行耗時(shí)算法，耗時(shí)算法必需放在線程池中執(zhí)行，否則依賴(lài)同一個(gè)strand的調(diào)度將不能及時(shí)
static async Task Worker13()
{
for (int i = 0; i < 2; i++)
{
await generator.send_task(() => Log($"執(zhí)行算法{i}"));
}
}
static async Task MainWorker()
{
await Worker1();
await Worker2();
await Worker3();
await Worker4();
await Worker5();
await Worker6();
await Worker7();
await Worker8();
await Worker9();
await Worker10();
await Worker11();
await Worker12();
await Worker13();
}
static void Main(string[] args)
{
work_service work = new work_service();
strand = new work_strand(work);
generator.go(strand, MainWorker);
work.run();
Console.ReadKey();
}
}
}框架地址
總結(jié)
值得一提的是，該框架特別設(shè)計(jì)用于工業(yè)自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制以及機(jī)器視覺(jué)流程開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，其獨(dú)特的樹(shù)形多任務(wù)調(diào)度機(jī)制極大提高了邏輯的可靠性，同時(shí)單線程環(huán)境下的每秒調(diào)度次數(shù)可達(dá)一百萬(wàn)次以上，足以應(yīng)對(duì)涉及成千上萬(wàn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際驗(yàn)證，證明了其穩(wěn)定性和可靠性，為工業(yè)自動(dòng)化提供了強(qiáng)有力的支持。
通過(guò)本文的介紹，希望能為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)高效、可靠且易于使用的工具。借助這一工具，大家在構(gòu)建復(fù)雜的控制系統(tǒng)時(shí)，能夠更加輕松地應(yīng)對(duì)并發(fā)處理的挑戰(zhàn)。也期待您在評(píng)論區(qū)留言交流，分享您的寶貴經(jīng)驗(yàn)和建議。
到此這篇關(guān)于C# 并發(fā)控制框架之單線程環(huán)境下實(shí)現(xiàn)每秒百萬(wàn)級(jí)調(diào)度的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C# 每秒百萬(wàn)級(jí)調(diào)度內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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