.NET4.0并行计算技术基础（9） 推荐

[align=center].NET4.0并行计算技术基础（9）[/align]

这是一个系列讲座，前面几讲的链接为：

.NET 4.0 并行计算技术基础(1)

.NET 4.0 并行计算技术基础(2)
.NET 4.0并行计算技术基础(3)
.NET4.0并行计算技术基础(4)
.NET4.0并行计算技术基础（5）
.NET 4.0并行计算技术基础（6）
.NET4.0并行计算技术基础（7）
.NET4.0并行计算技术基础（8）

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19.3.8 任务的取消

TPL提供了多个方式取消一个任务。

1 调用Task.Cancel方法直接取消任务的执行

如果要取消一个正在运行的任务，可以调用Task.Cancel方法，此方法会设置Task对象的IsCancellationRequested属性等于true。在任务函数中，通过检查此属性值就可以知道是否需要取消操作。其代码框架如下：

//需要执行的任务函数
Action taskFunction = delegate()
{
//...代码略
if (Task.Current.IsCancellationRequested)
{
//处理外界的取消请求……
//设置Task的状态为IsCanceled
Task.Current.AcknowledgeCancellation();
return;
}
//...代码略
};

注意在任务函数中如何引用到当前的Task对象。
以下代码先启动任务，然后再取消它：

Task tsk = new Task(taskFunction);
tsk.Start();
//…
tsk.Cancel(); //取消操作

示例项目TaskCancel展示了如何使用Task.Cancel()方法取消一个正在执行的任务。
Task.Cancel()是一个异步方法，它不会等待Task对象完成取消操作，仅仅是设置其IsCancellationRequested属性等于true。

[/b]注意：[/b]
[align=center]区分IsCancellationRequested和IsCanceled属性[/b][/align]
Task类的IsCancellationRequested和IsCanceled属性“长得很像”，但却是不一样的，前者只是表明Task类的Cancel方法被调用了，而IsCanceled属性表明Task对象处于Canceled状态，这是Task对象的3个终止状态之一。
这两个属性有着密切的联系。
(1) Task.Cancel()方法负责设置IsCancellationRequested属性，而Task. AcknowledgeCancellation()方法负责设置IsCanceled属性。
(2) Task.Cancel()方法通常是由“外界”调用的，它表明外界希望“你”取消当前的工作。而Task. AcknowledgeCancellation()方法是“你自己”在“内部”调用的，向“外界”表明：我已经停止执行当前的工作任务，我的当前状态为“Canceled”。
(3) 调用Task.AcknowledgeCancellation()方法时，要求自身的IsCancellationRequested属性值为true，否则会抛出一个InvalidOperationException异常。

如果发出取消请求的线程希望等待Task对象完成取消工作，可以改为调用Task.CancelAndWait()方法发出取消请求，这是一个同步方法，只有它返回之后，发出取消请求的线程才能继续执行。
为了避免发生由于Task.CancelAndWait()长久不返回而导致发出取消请求的线程无限期阻塞的情况，可以指定一个等待的最长时间，或者是指定一个CancellationToken，从而允许“取消”这个“等待Task对象完成取消工作”的操作。Task.CancelAndWait()方法有几个重载形式用于这一场景，其中一个“功能最强”的形式如下：

public bool CancelAndWait(
int millisecondsTimeout,
CancellationToken cancellationToken
)

millisecondsTimeout指定等待时间，cancellationToken用于指定一个取消令牌对象。
当“时间到”或者cancellationToken对象的IsCancellationRequested属性值等于True时，CancelAndWait()方法将立刻返回，其返回值为false。

2 使用线程统一取消模型在“外界”直接取消任务

我们在第17章中介绍过.NET 4.0所提供的线程统一取消模型。可以在任务函数中直接监控一个CancellationToken对象而实现任务的取消工作。使用这个方法，无需直接调用Task.Cancel()就可以取消操作。如果读者掌握了线程统一取消模型，那么，要利用它来取消一个由Task启动的工作任务是非常简单的事，这个不妨留为读者的一个练习。

3 取消由Parallel类启动的并行计算

如果并行计算是通过Parallel.Invoke、Parallel.For或Parallel.ForEach方法启动的，因为这里并没有直接地提供Task对象可供调用其Cancel方法，所以TPL采用其他方式来取消这种并行循环。
Parallel.For和Parallel.Invoke可以接收一个ParallelOptions类型的参数,它包容一个CancellationToken对象，因而可以直接使用线程统一取消模型来取消。以下是框架代码：

CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
ParallelOptions options = new ParallelOptions{CancellationToken = cts.Token};
Parallel.For(循环起始值,循环终止值, options,i=> 需要并行执行的函数());
//……
// “外界”可通过调用cts.Cancel()请求终止并行计算任务

示例项目ParallelInvokeCancel展示了如何使用线程统一取消模型来取消并行计算任务：



示例是一个Windows Form项目，使用Parallel.Invoke启动了3个并行工作任务，在任务函数中，监控CancellationToken，当发现有“取消”请求时，工作任务抛出一个OperationCanceledException异常给外界。
请注意一下示例程序是如何捕获并处理异常的，下一小节将介绍并行计算中的异常处理机制。

4 并行循环的取消

Parallel.For和Parallel.ForEach启动的是一个并行循环，它们都提供了多个重载的形式，以下列出了Parallel.For的一个函数重载形式：

public static ParallelLoopResult For(
int fromInclusive, int toExclusive,
ParallelOptions parallelOptions,
Action<int, ParallelLoopState> body);

在上述函数声明中可以看到，Parallel.For可以接收一个ParallelOptions类型的参数，因此，我们可以在并行循环中通过监控CancellationToken来检查是否外界提出了“取消”请求，但对“取消”请求的处理方式与前面介绍的Parallel.Invoke略有不同。
Parallel.Invoke中途取消任务标准的做法是抛出一个OperationCanceledException异常给外界，通知外界任务没有运行结束而中途取消。
在Parallel.For的函数声明中，我们看到并行循环体（即上述声明中body参数所引用的函数）接收一个ParallelLoopState类型的参数，这个参数可以用于中途取消或停止并行循环。
在启动并行循环时，任务并行库会为每一个执行并行循环体的线程关联上一个独立的ParallelLoopState对象，通过调用此对象的Stop()方法来停止并行循环。
如果在一个并行循环中调用了ParallelLoopState.Stop()方法，那么，任务并行库将不会再创建新线程来执行并行循环。等到当前所有正在执行此并行循环的线程终止时，整个并行循环将“优雅”地退场，不会引发异常。
当并行循环以这种方式“提前结束”时，Parallel.For 和Parallel.ForEach方法返回值（是一个ParallelLoopResult类型的变量）的IsCompleted属性等于false，如果并行循环正常完成，IsCompleted属性等于true。
一个问题出现了：
一个线程通过调用ParallelLoopState.Stop()方法中止了它所执行的并行循环，Parallel.For 和Parallel.ForEach方法创建的其他相关的线程如何知道发生了这件事？
回答：
任务并行库还没有“聪明”到这种能“自动感知”的程度，必须由软件工程师来做这件事。
请注意ParallelLoopState类型有一个IsStopped属性可以用于“通知”其他的线程。只要这些线程在执行自己的工作时定期检查一下此属性，它就知道是否并行循环中有一个线程中止了此并行循环。
以下是一个框架代码：

ParallelOptions opt = new ParallelOptions();
Parallel.For(0, TaskCount,opt, (int i, ParallelLoopState state) =>
{
//检测一下是否需要取消并行循环
if(opt.CancellationToken.IsCancellationRequested)
{
state.Stop(); //中止并行循环。
return;
}
//检测其他线程是否已中止并行循环
if (state.IsStopped)
{
//提前中止并行循环需要执行的代码
return;
}
//...（其他代码略）
}

除了ParallelLoopState.Stop方法，还有一个ParallelLoopState.Break()方法也能提前中止一个并行循环，但它只是说：在完成当前的这轮工作之后，不再执行后继的工作，但在当前这轮工作开始之前“已经在执行”的工作，则必须完成。而使用ParallelLoopState.Stop方法时，不但不会再创建新的线程执行并行循环，而且当前“已经在执行”的工作也应该被中止。
另外需要指出，虽然ParallelLoopState.Stop方法会“终结”所有“当前”和“以后”的工作任务，但这并不意味着任何一个线程一调用用ParallelLoopState.Stop方法就会立即中止并行循环。具体退出的时机取决于任务调度器和软件工程师所写的处理逻辑。
一般情况下，线程在“主动”调用ParallelLoopState.Stop()或ParallelLoopState.Break()之后，推荐使用return语句结束自己。
Stop和Break的方法的区别非常微妙，需要仔细体会，可以简单地用两句话来表达：
n ParallelLoopState.Stop方法中止“当前”及“以后”的工作任务，会导致ParallelLoopState对象的IsStop属性值等于true。
n ParallelLoopState.Break()方法仅中止“以后”的工作任务，会导致ParallelLoopState对象的LowestBreakIteration属性值等于true。

注意：
对于嵌套的并行循环，即使在最底层的循环中调用了Break，也会导致整个上层的循环不再执行后继操作，同时，并行库会将ParallelLoopState对象的LowestBreakIteration属性设置为true。
[align=left] [/align]
[align=left] [/align]
[align=left] 那么，在实际开发中我们如何知道并行循环是正常结束还是提前终止？
以下给出整个判断逻辑：
[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] 当并行循环顺利完成时,Parallel.For()和Parallel.ForEach()方法返回值的IsCompleted=true。[/align]
当IsCompleted=false时,说明并行循环没有执行完成，需要检查并行循环体函数的ParallelLoopState参数的LowestBreakIteration属性才能得知原因。
(1)如果它的LowestBreakIteration.HasValue=false,表明是并行循环是因为ParallelLoopState.Stop方法被调用而终止的。
(2)如果它的LowestBreakIteration.HasValue=true,表明是并行循环是因为ParallelLoopState. Break方法被调用而终止的。
另外，除了ParallelLoopState.Stop或ParallelLoopState. Break方法可以中止一个并行循环这种方式，未捕获异常也会导致并行循环中止，这时，ParallelLoopState的IsExceptional属性为true。
[align=left] [/align]
交叉链接：[/b]
19.3.7节中将介绍如何处理并行程序中的异常。
[align=left] [/align]
总之，要编写一个健壮的并行循环，必须在并行循环体中检测ParallelLoopState对象的IsExceptional, IsStopped和LowestBreakIteration三个属性，出于简化编程的目的，ParallelLoopState提供了一个ShouldExitCurrentIteration属性，当上述3个属性中的任何一个值等于true时，ShouldExitCurrentIteration属性值也为true。
本节示例ParallelLoopStop集中展示了中止并行循环的编程方法（图 19‑19）。



如图 19‑19所示，示例程序将启动最多5个并行循环，示例程序用以下方法来模拟真实程序中可能“随机”发生的“终止并行循环”请求：
每个并行循环在创建时都会随机生成一个整数flag，如果这个整数可以被3整除，则此并行循环将负责发出“终止并行循环”请求。
在图 19‑19中，我们看到线程3生成的flag=87，可以被3整除，符合要求，因此，它调用ParallelLoopState.Stop方法发出“终止并行循环”请求，已创建并在运行中的线程4和1都会自动终止。
如果将示例程序中的ParallelLoopState.Stop()方法改为ParallelLoopState.Break ()方法，或者在某个并行循环中抛出一个未捕获的异常，则程序的运行结果是不一样的。
请读者仔细研究一下这个示例，并动手修改一下代码，并仔细比对以不同方式中止并行循环时示例程序的输出结果，从中可以掌握取消并行循环的基本编程方法。

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下一讲，介绍如何处理并行计算中的异常

《.NET4.0并行计算技术基础（10）》

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