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非同期プログラミングモデルと同時プログラミングを使用して、C# でタスクの分散とソリューションを処理する方法

WBOYオリジナル: 2023-10-09 11:45:41891ブラウズ

#非同期プログラミングモデルと同時プログラミングを使用して C でタスク分散とソリューションを処理する方法

#はじめに:

現代のソフトウェア開発では、多くの場合、処理 A に直面します。多数のタスクが独立しており、互いに干渉しません。プログラムのパフォーマンスと効率を向上させるために、これらのタスクを同時に処理し、各タスクが完了したときに対応する結果が得られるようにしたいと考えています。オブジェクト指向プログラミング言語である C# は、非同期プログラミングモデルと同時プログラミングソリューションを提供しており、これらの機能を適切に使用することで、タスクの分散と問題解決を効果的に処理できます。

1. 非同期プログラミングモデル

非同期プログラミングモデルとは、特定のタスクを実行するときにメインスレッドがブロックされず、タスクが他のスレッドまたはスレッドプールに非同期に委任されて処理されることを意味します。スレッドは他の操作を引き続き実行できます。 C# では、async および await キーワードを使用して非同期プログラミングモデルを実装できます。以下は、非同期プログラミングモデルの使用例です。

static async Task<int> DoSomeWorkAsync()
{
    // 模拟一个耗时操作
    await Task.Delay(1000);
    return 42;
}

static async void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("开始执行任务");
    int result = await DoSomeWorkAsync();
    Console.WriteLine("任务结果：" + result);
    Console.WriteLine("任务执行完毕");

    // 等待用户输入，防止控制台窗口关闭
    Console.ReadLine();
}

上記のコードでは、DoSomeWorkAsync() メソッドは非同期メソッドであり、await キーワードは、タスクの実行時にブロックしないことをコンパイラに指示します。 .Delay() メソッドのメインスレッド。 Main() メソッドも非同期メソッドとしてマークされており、 await キーワードを使用して DoSomeWorkAsync() メソッドの結果を待ちます。非同期プログラミングモデルを使用すると、タスクが完了するまで他の操作を実行し続けることができるため、プログラムの応答速度が向上します。

2. コンカレントプログラミング

大量のタスクを処理する場合、コンカレントプログラミングはマルチコアプロセッサの利点を最大限に活用し、タスクの処理速度を向上させることができます。 C# では、スレッド、スレッドプール、タスク並列ライブラリなどを使用して、同時プログラミングを実装できます。

同時プログラミングにスレッドを使用するのは、最も基本的な方法です。複数のスレッドを作成し、それらのスレッドにタスクを割り当てて同時実行することで、処理効率を向上させることができます。以下は、スレッドの使用例です。

static void DoSomeWork()
{
    Console.WriteLine("线程开始执行任务");
  
    // 模拟耗时操作
    Thread.Sleep(1000);
  
    Console.WriteLine("线程任务执行完毕");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("开始执行任务");
  
    // 创建线程
    Thread thread = new Thread(DoSomeWork);
  
    // 启动线程
    thread.Start();
  
    Console.WriteLine("任务执行中");
  
    // 等待线程执行完毕
    thread.Join();
  
    Console.WriteLine("任务执行完毕");
  
    // 等待用户输入，防止控制台窗口关闭
    Console.ReadLine();
}

上記のコードでは、新しいスレッドを作成して開始することでタスクを実行します。スレッドの Join() メソッドを使用すると、メインスレッドの実行を続行する前に、スレッドが完了するまで待機することができます。

スレッドプールの使用は、より効率的で自動的に管理される方法です。スレッドプールは、アプリケーションの起動時に一連のスレッドを作成し、これらのスレッドを再利用してタスクを実行します。以下は、スレッドプールの使用例です。

static void DoSomeWork()
{
    Console.WriteLine("线程开始执行任务");
  
    // 模拟耗时操作
    Thread.Sleep(1000);

    Console.WriteLine("线程任务执行完毕");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("开始执行任务");
  
    // 使用线程池执行任务
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => DoSomeWork());
  
    Console.WriteLine("任务执行中");
  
    // 等待用户输入，防止控制台窗口关闭
    Console.ReadLine();
}

上記のコードでは、ThreadPool.QueueUserWorkItem() メソッドを通じて、実行のためにタスクをスレッドプールに委任します。スレッドプールは、タスクを実行するためにアイドル状態のスレッドを自動的に割り当てるため、スレッドを手動で作成して開始する必要がなくなります。

タスク並列ライブラリ (TPL) は、.NET Framework 4 で導入された高度な同時プログラミングモデルです。同時タスクの処理を容易にする一連のクラスとメソッドを提供します。以下はタスク並列ライブラリの使用例です。

static void DoSomeWork()
{
    Console.WriteLine("任务开始执行");
  
    // 模拟耗时操作
    Thread.Sleep(1000);
  
    Console.WriteLine("任务执行完毕");
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("开始执行任务");
  
    // 创建任务
    Task task = new Task(DoSomeWork);
  
    // 启动任务
    task.Start();
  
    Console.WriteLine("任务执行中");
  
    // 等待任务执行完毕
    task.Wait();

    Console.WriteLine("任务执行完毕");
  
    // 等待用户输入，防止控制台窗口关闭
    Console.ReadLine();
}

上記のコードでは、タスク(Task)を作成して作業を実行しています。 Start() メソッドを呼び出してタスクを開始し、次に Wait() メソッドを使用してタスクが完了するのを待ちます。

3. タスクの分散と解決策

実際のアプリケーションでは、多数のタスクを処理し、これらのタスクを複数のスレッドまたはスレッドプールに分散して同時実行する必要がある場合があります。以下は、非同期プログラミングモデルと同時プログラミングを使用してタスクの分散と解決策を処理する方法を示すサンプルコードです:

static async Task<int> DoSomeWorkAsync()
{
    // 模拟一个耗时操作
    await Task.Delay(1000);
    return 42;
}

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("开始执行任务");

    var tasks = new List<Task<int>>();

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        tasks.Add(DoSomeWorkAsync());
    }

    // 等待所有任务完成
    await Task.WhenAll(tasks);

    Console.WriteLine("所有任务执行完毕");

    // 输出任务结果
    foreach (var task in tasks)
    {
        Console.WriteLine("任务结果：" + task.Result);
    }

    // 等待用户输入，防止控制台窗口关闭
    Console.ReadLine();
}

上記のコードでは、非同期プログラミングモデルを使用して複数のタスクを作成し、それらを割り当てます。これらのタスクはタスクリストに追加されます。 Task.WhenAll() メソッドを呼び出してすべてのタスクが完了するのを待ってから、タスクリストを走査してタスクの結果を出力します。

結論:

非同期プログラミングモデルと同時プログラミングを通じて、多数のタスクを処理する際のプログラムのパフォーマンスと効率を向上させることができます。非同期プログラミングモデルでは、タスクが完了するのを待っている間も他の操作を実行し続けることができますが、同時プログラミングではマルチコアプロセッサを最大限に活用してタスクの実行速度が向上します。実際のアプリケーションでは、特定の状況に応じてタスクを分散し、問題を解決するための適切な方法を選択できます。上記のサンプルコードでは、いくつかの基本的なメソッドとテクニックを提供していますが、実際のアプリケーションでは、より詳細で複雑な処理メソッドが必要になる場合があり、特定の状況に応じて調整および最適化する必要があります。

参考文献:

C# 並列プログラミング: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/Parallel-programming/

以上が非同期プログラミングモデルと同時プログラミングを使用して、C# でタスクの分散とソリューションを処理する方法の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。

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