C# 并發(fā)控制框架之單線程環(huán)境下實現(xiàn)每秒百萬級調度
更新時間：2024年10月17日 09:46:53 作者：小碼編匠
本文介紹了一款專為工業(yè)自動化及機器視覺開發(fā)的C#并發(fā)流程控制框架,通過模仿Go語言并發(fā)模式設計,支持高頻調度及復雜任務處理,已在多個項目中驗證其穩(wěn)定性和可靠性
前言
在工業(yè)自動化和機器視覺領域，對實時性、可靠性和效率的要求越來越高。為了滿足這些需求，我們開發(fā)了一款專為工業(yè)自動化運動控制和機器視覺流程開發(fā)設計的 C# 并發(fā)流程控制框架。
該框架不僅適用于各種工業(yè)自動化場景，還能在單線程環(huán)境下實現(xiàn)每秒百萬次以上的調度頻率，從而從容應對涉及成千上萬輸入輸出點數(shù)的復雜任務。
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語言中的高效并發(fā)模式，并在此基礎上進行了必要的功能擴展?？蚣懿粌H能夠支持自定義的單/多線程調度機制，還允許在主UI線程中進行調度，從而簡化了邏輯與用戶界面之間的交互。
另外，該框架還集成了高精度定時器、可配置的調度優(yōu)先級、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雜的自動化流程。
框架優(yōu)勢
- 相較于傳統(tǒng)模型：相對于傳統(tǒng)的多線程模型、狀態(tài)機模型以及類PLC模型，本框架具有更加緊湊清晰的邏輯結構，顯著提升了開發(fā)效率，并簡化了后續(xù)的維護與升級過程。
- 受Go語言啟發(fā)：框架的設計借鑒了 Go 語言中的高效并發(fā)模式，并在此基礎上進行了必要的功能擴展，以適應工業(yè)自動化領域的具體需求。
- 靈活的調度機制：支持自定義單線程或多線程調度，同時也可在主 UI 線程中進行調度，便于邏輯與用戶界面的交互，增強了用戶體驗。
- 豐富的內置功能：內置高精度定時器、可配置的調度優(yōu)先級、邏輯停止與邏輯暫停功能，確保任務執(zhí)行的準確性和可控性。
- 樹形多任務調度：采用樹形結構管理多任務調度，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，每秒可實現(xiàn)超過一百萬次的調度頻率，能夠從容應對成千上萬輸入輸出點數(shù)的復雜場景。
- 廣泛的實踐驗證：該框架已在多個實際項目中成功應用，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執(zhí)行模式，展示如何通過不同的調度策略來管理并發(fā)任務。
- 全局變量
static shared_strand strand：全局共享的調度器，用于保證線程安全。
- 日志記錄函數(shù)
Log(string msg)：記錄帶有時間戳的日志信息到控制臺。
- 工作任務函數(shù)
Worker(string name, int time = 1000)：模擬一個簡單的任務，該任務會在指定的毫秒數(shù)后打印一條消息。
- 主函數(shù)
MainWorker()：異步主任務函數(shù)，依次調用前面定義的各種任務模式。
Main(string[] args)：程序入口點，初始化工作服務、共享調度器，并啟動主任務。
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，且依賴同一個strand(隱含參數(shù)，所有依賴同一個strand的任務都是線程安全的)
//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 等待一個特定任務
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 超時等待一個特定任務，然后中止所有任務
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");
}
await children.stop();
}
//8 超時等待一組任務，然后中止所有任務
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");
}
//9 超時等待一組任務，然后中止所有任務，且在中止任務中就地善后處理
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($"成功{task.Count}個");
}
//10 嵌套任務
static async Task Worker10()
{
generator.children children = new generator.children();
children.go(async delegate ()
{
generator.children children1 = new generator.children();
children1.go(() => Worker("A"));
children1.go(() => Worker("B"));
await children1.wait_all();
});
children.go(async delegate ()
{
generator.children children1 = new generator.children();
children1.go(() => Worker("C"));
children1.go(() => Worker("D"));
await children1.wait_all();
});
await children.wait_all();
}
//11 嵌套中止
static async Task Worker11()
{
generator.children children = new generator.children();
children.go(() => Worker("A", 1000));
children.go(async delegate ()
{
try
{
generator.children children1 = new generator.children();
children1.go(async delegate ()
{
try
{
await Worker("B", 2000);
}
catch (generator.stop_exception)
{
Log("B被中止1");
await generator.sleep(500);
throw;
}
catch (System.Exception)
{
}
});
await children1.wait_all();
}
catch (generator.stop_exception)
{
Log("B被中止2");
throw;
}
catch (System.Exception)
{
}
});
await generator.sleep(1500);
await children.stop();
}
//12 并行執(zhí)行且等待一組耗時算法
static async Task Worker12()
{
wait_group wg = new wait_group();
for (int i = 0; i < 2; i++)
{
wg.add();
int idx = i;
var _ = Task.Run(delegate ()
{
try
{
Log($"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)行耗時算法，耗時算法必需放在線程池中執(zhí)行，否則依賴同一個strand的調度將不能及時
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
值得一提的是，該框架特別設計用于工業(yè)自動化運動控制以及機器視覺流程開發(fā)領域，其獨特的樹形多任務調度機制極大提高了邏輯的可靠性，同時單線程環(huán)境下的每秒調度次數(shù)可達一百萬次以上，足以應對涉及成千上萬輸入輸出點數(shù)的應用場景。經過多個項目的實際驗證，證明了其穩(wěn)定性和可靠性，為工業(yè)自動化提供了強有力的支持。
通過本文的介紹，希望能為工業(yè)自動化領域的開發(fā)者提供一個高效、可靠且易于使用的工具。借助這一工具，大家在構建復雜的控制系統(tǒng)時，能夠更加輕松地應對并發(fā)處理的挑戰(zhàn)。也期待您在評論區(qū)留言交流，分享您的寶貴經驗和建議。
到此這篇關于C# 并發(fā)控制框架之單線程環(huán)境下實現(xiàn)每秒百萬級調度的文章就介紹到這了,更多相關C# 每秒百萬級調度內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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