了解 .NET 的默認 TaskScheduler 和線程池（ThreadPool）設置，避免讓 Task.Run 的性能急劇降低

本文轉載自查看原文 2018-12-23 14:56 773 C#/ .NET/ .NET Core

.NET Framework 4.5 開始引入 Task.Run，它可以很方便的幫助我們使用 async / await 語法，同時還使用線程池來幫助我們管理線程。以至於我們編寫異步代碼可以像編寫同步代碼一樣方便。

不過，如果濫用，也可能導致應用的性能急劇下降。本文將說明在默認線程池配置（ThreadPoolTaskScheduler）的情況下，應該如何使用 Task.Run 來避免性能的急劇降低。

參考資料

如何使用 Task.Run？

對於 IO 操作，盡量使用原生提供的 Async 方法（不要自己使用 Task.Run 調用一個同步的版本占用線程池資源）；
對於沒有 Async 版本的 IO 操作，如果可能耗時很長，則指定 CreateOptions 為 LongRunning。
其他短時間執行的任務才推薦使用 Task.Run。

接下來分析原因：

示例程序和示例代碼

在開始之前，我們先准備一個測試程序。這個程序一開始就使用 Task.Run 跑起來 10 個異步任務，每一個里面都等待 5 秒。

使用 Task.Run 跑起來的異步代碼

可以發現，雖然我們是同一時間啟動的 10 個異步任務，但任務的實際開始時間並不相同 —— 前面 8 個任務立刻開始了，而后面每隔一秒才會啟動一個新的異步任務。

示例程序的代碼如下：

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        Console.Title = "walterlv task demo";

        var task = Enumerable.Range(0, 10).Select(i => Task.Run(() => LongTimeTask(i))).ToList();
        await Task.WhenAll(task);

        Console.Read();
    }

    private static void LongTimeTask(int index)
    {
        var threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString().PadLeft(2, ' ');
        var line = index.ToString().PadLeft(2, ' ');
        Console.WriteLine($"[{line}] [{threadId}] [{DateTime.Now:ss.fff}] 異步任務已開始……");

        // 這一句才是關鍵，等待。其他代碼只是為了輸出。
        Thread.Sleep(5000);

        Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Green;
        Console.WriteLine($"[{line}] [{threadId}] [{DateTime.Now:ss.fff}] 異步任務已結束……");
        Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White;
    }
}

TaskScheduler

造成以上異步任務不馬上開始的原因，與 Task 使用的 TaskScheduler 有關。默認情況下，Task.Run 使用的是 .NET 提供的默認 Scheduler，可以通過 TaskScheduler.Default 獲取到。

Task 使用 TaskScheduler 來決定何時執行一個異步任務，如果你不設置，默認的實現是 ThreadPoolTaskScheduler。

你可以前往 .NET Core 的源碼頁面查看源碼：ThreadPoolTaskScheduler.QueueTask。

於是，你在線程池中的設置將決定一個 Task 將在何時開啟一個線程執行。

ThreadPool

通過 ThreadPool.GetMinThreads 可以獲得最小的線程數和異步 IO 完成線程數；通過 ThreadPool.GetMaxThreads 來獲得其最大值。通過對應的 set 方法來設置最小值和最大值。

在 ThreadPool.GetMinThreads(Int32, Int32) Method (System.Threading) - Microsoft Docs

線程池按需提供新的工作線程或 I/O 完成線程直到它達到每個類別的最小值。
默認情況下，最小線程數設置為在系統上的處理器數。
當達到最小值時，線程池可以創建該類別中的其他線程或等待，直到一些任務完成。
需求較低時，線程池線程的實際數量可以低於最小值。

於是便會出現我們在本文一開始運行時出現的結果圖。在我的計算機上（八核），最小線程數是 8，於是開始的 8 個任務可以立即開始執行。當達到數量 8 而依然沒有線程完成執行的時候，線程池會嘗試等待任務完成。但是，1 秒后依然沒有任務完成，於是線程池創建了一個新的線程來執行新的任務；接下來是每隔一秒會開啟一個新的線程來執行現有任務。當有任務完成之后，就可以直接使用之前完成了任務的線程繼續完成新的任務。

不過，每個類別創建線程的總數量受到最大線程數限制。